題目
Problem
-
Evaluate the limits. (10%)
-
x→0lime−x+x−cosxln(1−3x2)=(1).
-
x→∞lime−x+x−cosxln(1−3x2)=(2).
解答
(a)
解法一
思路
展開
- 當 x→0 時,此極限為 00 型未定式。
- 使用泰勒級數(麥克勞林級數)展開分子與分母,是求此類極限最快、最不易出錯的方式。
- 分子展開: ln(1−u)=−u−2u2−⋯⟹ln(1−3x2)=−3x2−29x4−…。
- 分母展開:展開 e−x 與 cosx,消去常數與一次項,保留到 x2 以及 x3 項。
- 比較分子與分母的最低次項係數即可。
答題過程
展開
原極限在 x→0 時為 00 型。
考慮分子與分母的麥克勞林展開:
-
分子:
ln(1−3x2)=−3x2−29x4+O(x6)
-
分母:
e−x=1−x+2x2−6x3+O(x4)
cosx=1−2x2+O(x4)
代入分母式:
e−x+x−cosx=(1−x+2x2−6x3+O(x4))+x−(1−2x2+O(x4))=x2−6x3+O(x4)
代回原極限式:
x→0lime−x+x−cosxln(1−3x2)=x→0limx2−6x3+O(x4)−3x2−29x4+O(x6)
分子分母同除以 x2:
=x→0lim1−6x+O(x2)−3−29x2+O(x4)=1−3=−3
(b)
解法一
思路
展開
- 對於 limx→∞g(x),首先必須考慮函數的定義域(Domain)。
- 分子中有對數項 ln(1−3x2),必須滿足真數大於零: 1−3x2>0。
- 這限制了 x 只能在區間 (−31,31) 內變動。
- 當 x→∞ 時,自變數已遠遠超出定義域範圍,故極限不存在。
答題過程
展開
考慮函數 f(x)=e−x+x−cosxln(1−3x2) 的定義域:
對數函數的真數必須為正,即:
1−3x2>0⟹x2<31⟹−31<x<31
由於函數只在有限區間 (−31,31) 上有定義,當 x→∞ 時,自變數超出定義域,函數無定義。
因此,
x→∞lime−x+x−cosxln(1−3x2)不存在 (Does not exist)
故 (2) 處應填入 不存在(或 無意義)。