当 x arrow 0 时, 下列函数中比 x 高阶的无穷小量是A. x^2 - xB. ln(1 + x)C. sqrt(1 + x^2) - sqrt(1 - x^2)D. (1 - cos x)/(x^2)
当 $x \rightarrow 0$ 时, 下列函数中比 $x$ 高阶的无穷小量是 A. $x^2 - x$ B. $\ln(1 + x)$ C. $\sqrt{1 + x^2} - \sqrt{1 - x^2}$ D. $\frac{1 - \cos x}{x^2}$
题目解答
答案
我们来分析题目:
题目要求:当 $ x \to 0 $ 时,找出比 $ x $ 高阶的无穷小量。
也就是说,我们要找一个函数 $ f(x) $,使得:
$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x} = 0$
即:$ f(x) = o(x) $(比 $ x $ 高阶的无穷小)。
我们逐个分析选项。
A. $ x^2 - x $
分析:
$\lim_{x \to 0} \frac{x^2 - x}{x} = \lim_{x \to 0} \left( x - 1 \right) = -1$
极限是 $-1$,不是 0,说明这个函数与 $ x $ 是同阶无穷小,不是高阶。
所以 A 不是答案。
B. $ \ln(1 + x) $
我们知道当 $ x \to 0 $ 时,有等价无穷小:
$\ln(1 + x) \sim x$
所以:
$\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + x)}{x} = 1$
极限为 1,说明与 $ x $ 是等价无穷小,更不是高阶。
所以 B 不是答案。
C. $ \sqrt{1 + x^2} - \sqrt{1 - x^2} $
这个看起来复杂,我们尝试化简或展开。
使用泰勒展开或有理化方法。
先尝试有理化:
$\sqrt{1 + x^2} - \sqrt{1 - x^2} = \frac{(\sqrt{1 + x^2} - \sqrt{1 - x^2})(\sqrt{1 + x^2} + \sqrt{1 - x^2})}{\sqrt{1 + x^2} + \sqrt{1 - x^2}} = \frac{(1 + x^2) - (1 - x^2)}{\sqrt{1 + x^2} + \sqrt{1 - x^2}} = \frac{2x^2}{\sqrt{1 + x^2} + \sqrt{1 - x^2}}$
当 $ x \to 0 $ 时,分母:
$\sqrt{1 + x^2} \to 1, \quad \sqrt{1 - x^2} \to 1 \quad \Rightarrow \quad \text{分母} \to 1 + 1 = 2$
所以整个表达式近似为:
$\frac{2x^2}{2} = x^2$
即:
$\sqrt{1 + x^2} - \sqrt{1 - x^2} \sim x^2 \quad (x \to 0)$
而 $ x^2 $ 是比 $ x $ 高阶的无穷小,因为:
$\lim_{x \to 0} \frac{x^2}{x} = \lim_{x \to 0} x = 0$
所以 C 是比 $ x $ 高阶的无穷小。
C 可能是答案,我们再看 D。
D. $ \frac{1 - \cos x}{x^2} $
注意:这个函数本身是一个表达式,我们要分析它在 $ x \to 0 $ 时的阶。
我们知道:
$1 - \cos x \sim \frac{1}{2}x^2 \quad (x \to 0)$
所以:
$\frac{1 - \cos x}{x^2} \sim \frac{\frac{1}{2}x^2}{x^2} = \frac{1}{2}$
即:
$\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos x}{x^2} = \frac{1}{2}$
所以这个函数的极限是常数 $ \frac{1}{2} $,说明它是有界量,和 1 同阶,不是无穷小!
更不用说比 $ x $ 高阶了。
D 不是无穷小,更不是比 $ x $ 高阶的无穷小。
总结:
- A:与 $ x $ 同阶 → ❌
- B:与 $ x $ 等价 → ❌
- C:等价于 $ x^2 $,是比 $ x $ 高阶的无穷小 → ✅
- D:极限为 $ \frac{1}{2} $,不是无穷小 → ❌
答案:C
$\boxed{C}$