题目
(2017,数二、三)求极限 lim _(xarrow {0)^+}dfrac ({int )_(0)^xsqrt (x-t)(e)^tdt}(sqrt {{x)^3}}

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查变上限积分的极限计算,涉及变量替换、泰勒展开或洛必达法则的应用。
解题核心思路:
当$x \to 0^+$时,积分$\int_{0}^{x} \sqrt{x-t} e^t dt$的积分区间长度趋近于0,此时需通过变量替换将积分转化为更易处理的形式,再结合泰勒展开或洛必达法则求极限。
破题关键点:
- 变量替换:令$u = x - t$,将积分转化为$\int_{0}^{x} \sqrt{u} e^{x-u} du$,简化被积函数。
- 近似展开:当$x$趋近于0时,$e^{-u} \approx 1 - u$,从而将积分近似为$\int_{0}^{x} \sqrt{u} (1 - u) du$,计算主部项。
- 极限化简:分子和分母的主部项相消后,得到极限值。
步骤1:变量替换
令$u = x - t$,则当$t = 0$时$u = x$,当$t = x$时$u = 0$,积分变为:
$\int_{0}^{x} \sqrt{x-t} e^t dt = \int_{0}^{x} \sqrt{u} e^{x-u} du = e^x \int_{0}^{x} \sqrt{u} e^{-u} du.$
步骤2:泰勒展开近似
当$x \to 0^+$时,$u \in [0, x]$也趋近于0,故$e^{-u} \approx 1 - u$,积分近似为:
$\int_{0}^{x} \sqrt{u} (1 - u) du = \int_{0}^{x} u^{1/2} du - \int_{0}^{x} u^{3/2} du.$
步骤3:计算积分
- $\int_{0}^{x} u^{1/2} du = \dfrac{2}{3} x^{3/2}$,
- $\int_{0}^{x} u^{3/2} du = \dfrac{2}{5} x^{5/2}$。
主部项为$\dfrac{2}{3} x^{3/2}$,高阶项可忽略。
步骤4:代入原式化简
分子近似为$e^x \cdot \dfrac{2}{3} x^{3/2}$,分母为$\sqrt{x^3} = x^{3/2}$,故:
$\lim_{x \to 0^+} \dfrac{e^x \cdot \dfrac{2}{3} x^{3/2}}{x^{3/2}} = \dfrac{2}{3} e^0 = \dfrac{2}{3}.$