題目
Problem
- Evaluate each of the following limits:
(1) x→0limsinxx2sin(1/x) (10%)
(2) x→∞lim(x2+x+1−x2−x) (10%)
(3) x→0limx41−cosx−x2/2 (10%)
解答
(1) 求解 (1)
過程
展開
我們對極限式進行變形:
x→0limsinxx2sin(1/x)=x→0lim[(sinxx)⋅(xsin(1/x))]
我們分別求各部分的極限:
- x→0limsinxx=1。
- 對於 x→0limxsin(1/x),我們利用夾擠定理:
因為對所有 x=0 均有 −1≤sin(1/x)≤1,所以:
−∣x∣≤xsin(1/x)≤∣x∣
由於 x→0lim(−∣x∣)=x→0lim∣x∣=0,根據夾擠定理,可得:
x→0limxsin(1/x)=0
因此:
x→0limsinxx2sin(1/x)=1⋅0=0
結論:
極限值為 0。
(2) 求解 (2)
過程
展開
這是 ∞−∞ 型極限,我們對其進行有理化處理:
x→∞lim(x2+x+1−x2−x)===x→∞limx2+x+1+x2−x(x2+x+1−x2−x)(x2+x+1+x2−x)x→∞limx2+x+1+x2−x(x2+x+1)−(x2−x)x→∞limx2+x+1+x2−x2x+1
我們將分子與分母同除以 x(注意當 x>0 時, x=x2):
x→∞lim1+x1+x21+1−x12+x1=1+0+0+1−02+0=1+12=1
結論:
極限值為 1。
(3) 求解 (3)
過程
展開
方法一:使用羅必達法則(L’Hôpital’s Rule)
當 x→0 時,此為 00 型未定式。我們連續使用羅必達法則:
x→0limx41−cosx−x2/2=L.H.=L.H.=L.H.=x→0lim4x3sinx−xx→0lim12x2cosx−1x→0lim24x−sinx−241x→0limxsinx=−241
方法二:使用麥克勞林級數展開(泰勒展開)
我們已知 cosx 在 x=0 處的展開式為:
cosx=1−2!x2+4!x4−6!x6+⋯
代入分子中:
1−cosx−2x2=1−(1−2x2+24x4−720x6+⋯)−2x2=−24x4+720x6−⋯
代回極限式:
x→0limx4−24x4+720x6−⋯=x→0lim(−241+720x2−⋯)=−241
結論:
極限值為 −241。