35.单选题lim_(xto0)(1+(6)/(x))^x=( )A eB e^2C e^-6D e^6
题目解答
答案
将原式取对数,令 $ y = \left(1 + \frac{6}{x}\right)^x $,则 $\ln y = x \ln\left(1 + \frac{6}{x}\right)$。
当 $x \to 0$ 时,$\frac{6}{x} \to \infty$,但 $x \ln\left(1 + \frac{6}{x}\right)$ 可以通过等价无穷小替换简化。
注意到当 $u \to 0$ 时,$\ln(1+u) \sim u$,令 $u = \frac{6}{x}$,则 $x \to 0$ 时 $u \to \infty$,但 $x = \frac{6}{u}$,代入得:
$\ln y = \frac{6}{u} \ln\left(1 + u\right) \quad (u \to \infty)$
当 $u \to \infty$ 时,$\ln(1+u) \sim \ln u$,故:
$\ln y \sim \frac{6}{u} \ln u \to 0 \quad (u \to \infty)$
因此,$\ln y \to 0$,即 $y \to e^0 = 1$。
但此方法似乎有误,因为 $u \to \infty$ 时,$\frac{\ln u}{u} \to 0$,应重新考虑。
正确方法是:
$\ln y = x \ln\left(1 + \frac{6}{x}\right) = \frac{\ln\left(1 + \frac{6}{x}\right)}{\frac{1}{x}}$
令 $t = \frac{1}{x}$,则 $x \to 0^+$ 时 $t \to +\infty$,代入得:
$\ln y = \frac{\ln(1 + 6t)}{t}$
当 $t \to +\infty$ 时,$\ln(1 + 6t) \sim \ln(6t) = \ln 6 + \ln t$,故:
$\ln y \sim \frac{\ln 6 + \ln t}{t} \to 0$
因此,$\ln y \to 0$,即 $y \to e^0 = 1$。
然而,题目中 $x \to 0$ 未指明方向。若 $x \to 0^-$,则 $t \to -\infty$,此时:
$\ln y = \frac{\ln(1 + 6t)}{t}$
当 $t \to -\infty$ 且 $1 + 6t < 0$ 时,$\ln(1 + 6t)$ 无意义。因此,题目应理解为 $x \to 0^+$。
综上,$\lim_{x \to 0^+} \left(1 + \frac{6}{x}\right)^x = 1$,但选项中无此答案。显然,题目可能有笔误,应为 $\lim_{x \to \infty} \left(1 + \frac{6}{x}\right)^x$。
此时:
$\ln y = x \ln\left(1 + \frac{6}{x}\right) \to 6 \quad (x \to \infty)$
故 $y \to e^6$。
因此,正确答案是 $D. e^6$。
答案:D. $e^6$
解析
本题考查重要极限 $\lim_{x\to\infty}(1+\frac{1}{x})^x = e$ 的应用以及极限的计算。解题的关键思路是通过对原式取对数,将指数形式转化为乘积形式,再利用等价无穷小替换和洛必达法则等方法来计算极限。
原题目分析
对于 $\lim_{x\to0}(1+\frac{6}{x})^{x}$,我们先令 $y = (1 + \frac{6}{x})^x$,两边取自然对数可得 $\ln y = x\ln(1 + \frac{6}{x})$。
当 $x\to0$ 时,若直接分析 $\ln y$ 的极限,会出现复杂情况。若 $x\to0^+$,令 $t=\frac{1}{x}$,则 $t\to+\infty$,$\ln y=\frac{\ln(1 + 6t)}{t}$。
当 $t\to+\infty$ 时,$\ln(1 + 6t)\sim\ln(6t)=\ln6+\ln t$,那么 $\lim_{t\to+\infty}\ln y=\lim_{t\to+\infty}\frac{\ln6+\ln t}{t}$。
根据洛必达法则,对分子分母分别求导,$\lim_{t\to+\infty}\frac{\ln6+\ln t}{t}=\lim_{t\to+\infty}\frac{\frac{1}{t}}{1}=0$,所以 $\lim_{x\to0^+}y = e^0 = 1$。
若 $x\to0^-$,令 $t = \frac{1}{x}$,则 $t\to-\infty$,此时 $1 + 6t<0$,$\ln(1 + 6t)$ 无意义,所以题目应理解为 $x\to0^+$,但结果 $1$ 不在选项中,说明题目可能有误。
修正题目分析
假设题目为 $\lim_{x\to\infty}(1+\frac{6}{x})^{x}$,同样令 $y=(1+\frac{6}{x})^x$,两边取自然对数得 $\ln y = x\ln(1+\frac{6}{x})$。
令 $t=\frac{1}{x}$,当 $x\to\infty$ 时,$t\to0$,则 $\ln y=\frac{\ln(1 + 6t)}{t}$。
当 $t\to0$ 时,根据等价无穷小 $\ln(1 + u)\sim u$($u\to0$),这里 $u = 6t$,所以 $\ln(1 + 6t)\sim6t$。
则 $\lim_{t\to0}\ln y=\lim_{t\to0}\frac{\ln(1 + 6t)}{t}=\lim_{t\to0}\frac{6t}{t}=6$。
因为 $\lim_{t\to0}\ln y = 6$,根据对数函数的连续性,$\lim_{x\to\infty}y=e^6$。