【例1】lim_(xto0^+)(e^x-1-x)/(sqrt(1-x)-cossqrt(x))=____.
题目解答
答案
解析
本题主要考察利用泰勒展开求极限,核心思路是将分子分母在$x \to 0^+$时展开到合适的幂次,通过等价无穷小替换简化极限计算。
步骤1:分子的泰勒展开
分子为$e^x - 1 - x$,根据$e^x$的泰勒展开公式:
$e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + o(x^2) = 1 + x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)$
代入分子得:
$e^x - 1 - x = \left(1 + x + \frac{x^2}{2} + o(x^2)\right) - 1 - x = \frac{x^2}{2} + o(x^2)\)$
当$x \to 0$时,$e^x - 1 - x \sim \frac{x^2}{2}$。
步骤22:分母的泰勒展开
分母为$\sqrt{1 - x} - \cos\sqrt{x}$,分别展开两项:
-
$\sqrt{1 - x}$的展开:
利用$(1 + t)^\alpha \sim 泰勒展开(\(\alpha = \frac{1}{2}$,$t = -x$):
$(1 -x)^\alpha = 1 + \alpha t + \frac{\alpha(\alpha - 1)}{2!}t^2 + o(t^2$
代入得:
$\sqrt{1 - x} = 1 - \frac{x}{2} + \frac{(\frac{1}{2})(-\frac{1}{2})}{2}x^2 + o(x^2) = 1 - \frac{x}{2} - \frac{x^2}{8} + o(x^2)$ -
$\cos\sqrt{x}$的展开:
利用$\cos t$的泰勒展开($t = \sqrt{x}$):
$\cos t = 1 - \frac{t^2}{2!} + \frac{t^4}{4!} + o(t^4)$
代入$t = \sqrt{x}$($t^2 = x$,$t^4 = x^2$,高阶无穷小$o(x^2)$):
$\cos\sqrt{x} = 1 - \frac{x}{2} + \frac{x^2}{24} + o(x^2)$ -
分母的差:**
$\sqrt{1 - x} - \cos\sqrt{x} = \left(1 - \frac{x}{2} - \frac{x^2}{8}\right) - \left(1 - \frac{x}{2} + \frac{x^2}{24}\right) + o(x^2)$
化简得:
$= -\frac{x^2}{8} - \frac{x^2}{24} + o(x^2) = -\frac{3x^2 + x^2}{24} + o(x^2) = -\frac{x^2}{6} + o(x^2)$
当$x \to 0$时,$\sqrt{1 - x} - \cos\sqrt{x} \sim -\frac{x^2}{6}$。
步骤3:计算极限
将分子分母的等价无穷小代入原极限:
$\lim_{x \to 0^+} \frac{\frac{x^2}{2}}{-\frac{x^2}{6}} = \frac{\frac{1}{2}}{-\frac{1}{6}} = -3$