(5)lim _(xarrow 0)dfrac ({(1+2x))^2x-1}({x)^2}(6

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,特别是涉及指数函数与泰勒展开的综合应用。关键在于将复杂的指数表达式转化为易于处理的形式,并利用等价无穷小或泰勒展开进行化简。
解题核心思路:
- 转换表达式:将$(1+2x)^{2x}$写成指数形式$e^{2x \ln(1+2x)}$,便于展开。
- 泰勒展开:对$\ln(1+2x)$展开到足够阶数,再代入指数函数展开。
- 化简分子:通过展开后的表达式计算分子$(1+2x)^{2x} -1$,保留到$x^2$的项。
- 求极限:将分子与分母$x^2$相除,消去高阶无穷小,得到最终结果。
步骤1:转换指数表达式
将$(1+2x)^{2x}$改写为指数形式:
$(1+2x)^{2x} = e^{2x \ln(1+2x)}$
步骤2:展开$\ln(1+2x)$
利用泰勒展开,当$x \rightarrow 0$时:
$\ln(1+2x) = 2x - \frac{(2x)^2}{2} + \frac{(2x)^3}{3} - \cdots \approx 2x - 2x^2 + \frac{8x^3}{3}$
保留到$x^2$项,得:
$\ln(1+2x) \approx 2x - 2x^2$
步骤3:代入指数函数并展开
将展开后的$\ln(1+2x)$代入指数函数:
$2x \ln(1+2x) \approx 2x \cdot (2x - 2x^2) = 4x^2 - 4x^3$
进一步展开$e^{4x^2 - 4x^3}$到$x^2$项:
$e^{4x^2 - 4x^3} \approx 1 + (4x^2 - 4x^3) + \frac{(4x^2)^2}{2} = 1 + 4x^2 - 4x^3 + 8x^4$
步骤4:计算分子并化简
分子部分为:
$(1+2x)^{2x} - 1 \approx (1 + 4x^2 - 4x^3 + 8x^4) - 1 = 4x^2 - 4x^3 + 8x^4$
代入原式并化简:
$\frac{4x^2 - 4x^3 + 8x^4}{x^2} = 4 - 4x + 8x^2$
步骤5:取极限
当$x \rightarrow 0$时,$-4x$和$8x^2$趋近于0,因此:
$\lim_{x \rightarrow 0} \frac{(1+2x)^{2x} -1}{x^2} = 4$