题目
【例】设f(x)=int_(0)^1-cos xsin t^2dt,g(x)=(x^5)/(5)+(x^6)/(6)则当x→0时,f(x)是g(x)的A. 低阶无穷小.B. 高阶无穷小.C. 等价无穷小.D. 同阶但非等价无穷小.
【例】设$f(x)=\int_{0}^{1-\cos x}\sin t^{2}dt$,g(x)=$\frac{x^{5}}{5}+\frac{x^{6}}{6}$则当x→0时,f(x)是g(x)的
A. 低阶无穷小.
B. 高阶无穷小.
C. 等价无穷小.
D. 同阶但非等价无穷小.
题目解答
答案
B. 高阶无穷小.
解析
本题考查无穷小的比较以及洛必达法则和等价无穷小替换的应用。解题的关键思路是通过求极限$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}$,根据极限值的情况来判断$f(x)$是$g(x)$的哪种无穷小。
- 首先明确$f(x)=\int_{0}^{1 - \cos x} \sin t^2 dt$,$g(x)=\frac{x^5}{5}+\frac{x^6}{6}$,要求$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}$。
- 当$x \to 0$时,$f(0)=\int_{0}^{1 - \cos 0} \sin t^2 dt=\int_{0}^{0} \sin t^2 dt = 0$,$g(0)=\frac{0^5}{5}+\frac{0^6}{6}=0$,此极限为$\frac{0}{0}$型,可使用洛必达法则。
- 对$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}$使用洛必达法则:
- 根据变上限积分求导公式$(\int_{a}^{\varphi(x)} f(t)dt)^\prime=f(\varphi(x))\cdot\varphi^\prime(x)$,对$f(x)$求导,$f^\prime(x)=\sin(1 - \cos x)^2\cdot(1 - \cos x)^\prime$。
- 因为$(1 - \cos x)^\prime=\sin x$,所以$f^\prime(x)=\sin(1 - \cos x)^2\cdot\sin x$。
- 对$g(x)$求导,$g^\prime(x)=(\frac{x^5}{5}+\frac{x^6}{6})^\prime=x^4 + x^5$。
- 则$\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x)}{g(x)}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{f^\prime(x)}{g^\prime(x)}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sin(1 - \cos x)^2\cdot\sin x}{x^4 + x^5}$。
- 利用等价无穷小替换:
- 当$u \to 0$时,$\sin u\sim u$,当$x \to 0$时,$1 - \cos x\sim\frac{1}{2}x^2$,则$\sin(1 - \cos x)^2\sim(1 - \cos x)^2\sim(\frac{1}{2}x^2)^2=\frac{1}{4}x^4$,$\sin x\sim x$。
- 所以$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sin(1 - \cos x)^2\cdot\sin x}{x^4 + x^5}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{1}{4}x^4\cdot x}{x^4 + x^5}$。
- 化简极限式子:
- $\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{1}{4}x^4\cdot x}{x^4 + x^5}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{1}{4}x^5}{x^4(1 + x)}$。
- 约去$x^4$得$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{1}{4}x}{1 + x}$。
- 计算极限值:
- 将$x = 0$代入$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{1}{4}x}{1 + x}$,可得$\frac{\frac{1}{4}\times0}{1 + 0}=0$。