题目
已知函数f(x)在 x=0 的某个邻域内有连续导数,且 lim _(xarrow 0)(dfrac (sin x)({x)^2}+dfrac (f(x))(x))=2 试求-|||-f(0)及f'(0).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查泰勒展开的应用及极限的计算,需要结合函数在某点的泰勒展开式,通过分析极限存在的条件来确定未知参数。
解题核心思路:
- 泰勒展开:将$\sin x$和$f(x)$在$x=0$处展开,保留足够阶数的项,以保证代入极限后能抵消无穷大项。
- 极限分析:将展开后的表达式代入原极限,通过合并同类项,分析分子中各阶无穷小的系数,确保极限存在且等于2。
- 方程求解:根据无穷小项的系数为零的条件,建立方程求解$f(0)$和$f'(0)$。
破题关键点:
- 抵消无穷大项:通过$\sin x$和$f(x)$的展开,使得$\frac{\sin x}{x^2} + \frac{f(x)}{x}$中的$\frac{1}{x}$项系数为零,消除无穷大。
- 高阶项匹配:剩余项的系数需满足极限值为2的条件,从而确定$f'(0)$的值。
步骤1:泰勒展开
- $\sin x$在$x=0$处展开到二阶:
$\sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3) \quad \Rightarrow \quad \sin x = x + o(x^2).$ - $f(x)$在$x=0$处展开到一阶:
$f(x) = f(0) + f'(0)x + o(x).$
步骤2:代入原极限表达式
将展开式代入$\frac{\sin x}{x^2} + \frac{f(x)}{x}$:
$\begin{aligned}\frac{\sin x}{x^2} + \frac{f(x)}{x} &= \frac{x + o(x^2)}{x^2} + \frac{f(0) + f'(0)x + o(x)}{x} \\&= \frac{1}{x} + \frac{o(x^2)}{x^2} + \frac{f(0)}{x} + f'(0) + \frac{o(x)}{x}.\end{aligned}$
步骤3:合并同类项
合并$\frac{1}{x}$和$\frac{f(0)}{x}$项:
$\frac{1 + f(0)}{x} + f'(0) + \text{高阶无穷小}.$
步骤4:分析极限存在条件
原极限为2,说明:
- 无穷大项系数为零:$\frac{1 + f(0)}{x}$必须消失,即$1 + f(0) = 0 \Rightarrow f(0) = -1$。
- 剩余项等于2:$f'(0) = 2$。