题目
若当x→0时sin[ln(1+x)]-sin[ln(1-x)]与xn是同阶无穷小,则n为()A. 1B. 2C. 3D. 4
若当x→0时sin[ln(1+x)]-sin[ln(1-x)]与xn是同阶无穷小,则n为()
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
题目解答
答案
A. 1
解析
考查要点:本题主要考查无穷小阶的比较,涉及泰勒展开和三角恒等式的应用。
解题思路:
- 利用三角恒等式将差化积,简化表达式;
- 展开对数函数 $\ln(1+x)$ 和 $\ln(1-x)$ 的泰勒多项式;
- 展开三角函数 $\cos$ 和 $\sin$ 的泰勒多项式,找到主部;
- 比较主部阶数,确定 $n$ 的值。
破题关键:通过泰勒展开找到表达式的主部,主部的阶数即为所求 $n$。
步骤1:应用三角恒等式
利用 $\sin A - \sin B = 2\cos\left(\frac{A+B}{2}\right)\sin\left(\frac{A-B}{2}\right)$,原式可化简为:
$\begin{aligned}\sin[\ln(1+x)] - \sin[\ln(1-x)] &= 2\cos\left(\frac{\ln(1+x)+\ln(1-x)}{2}\right) \cdot \sin\left(\frac{\ln(1+x)-\ln(1-x)}{2}\right).\end{aligned}$
步骤2:展开对数函数
- $\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} + \cdots$
- $\ln(1-x) = -x - \frac{x^2}{2} - \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} - \cdots$
因此:
$\begin{aligned}\ln(1+x) + \ln(1-x) &= \ln(1-x^2) = -x^2 - \frac{x^4}{2} + \cdots, \\\ln(1+x) - \ln(1-x) &= 2x + \frac{2x^3}{3} + \cdots.\end{aligned}$
步骤3:展开三角函数
- 余弦部分:
$\cos\left(\frac{\ln(1-x^2)}{2}\right) = \cos\left(-\frac{x^2}{2} - \frac{x^4}{4} + \cdots\right) \approx 1 - \frac{x^4}{8} + \cdots$ - 正弦部分:
$\sin\left(x + \frac{x^3}{3} + \cdots\right) \approx x + \frac{x^3}{6} + \cdots$
步骤4:合并主部
将两部分相乘并乘以2:
$2 \cdot \left(1 - \frac{x^4}{8}\right) \cdot \left(x + \frac{x^3}{6}\right) \approx 2x + \frac{x^3}{3} + \cdots.$
主部为 $2x$,即 一阶无穷小,故 $n=1$。