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等價(jià)無窮小的推理過程 等價(jià)無窮小如何理解篇一
例1 limx→0tanx-sinxx3
解:原式=limx→0sinx(1-cosx)x3cosx
=limx→0x·12x2x3(∵ sinx~x,1-cosx~x22)
=12
此題也可用羅比塔法則做,但不能用性質(zhì)④做,。
∵ tanx-sinxx3=x-xx3=0,不滿足性質(zhì)④的條件,,否則得出錯(cuò)誤結(jié)論0,。
例2 limx→0e2x-31+xx+sinx2
解:原式=limx→0e2x-1-(31+x-1)x+x2=limx→02x-13xx(1+x)=53
用性質(zhì)④直接將等價(jià)無窮小代換進(jìn)去,也可用羅比塔法則做,。
例3 limx→0(1x2-cot2x)
解法1:原式=limx→0sin2x-x2cos2xx2sin2x
=limx→0(sinx+xcosx)(sinx-xcosx)x4
=limx→0x2(1+cosx)(1-cosx)x4 (∵ sinx~x)
=limx→0(1+cosx)(1-cosx)x2
=limx→012x2·(1+cosx)x2=1
解法2:原式=limx→0tan2x-x2x2tan2x
=limx→0(tanx+x)(tanx-x)x4
=limx→02x(tanx-x)x44
(∵ tanx~x)
=limx→02(tanx-x)x3=limx→02(sec2x-1)3x2
=23limx→0tan2xx2=23 (∵ tanx~x)
兩種解法的結(jié)果不同,,哪一種正確呢?可以發(fā)現(xiàn)解法1錯(cuò)了,,根源在于錯(cuò)用sinx-xcosx~x-xcosx (注意limx→0sinx-xcosx=-1),, 由性質(zhì)③ sinx-xcosx并不等價(jià)于x-xcosx 。 從解法2又可以看到盡管羅比塔法則是求極限的一個(gè)有力工具,但往往需要幾種方法結(jié)合起來運(yùn)用,,特別是恰當(dāng)適時(shí)地運(yùn)用等價(jià)無窮小的代換,,能使運(yùn)算簡便,很快得出結(jié)果,。
2.2 在正項(xiàng)級數(shù)的審斂判別法中,,用得比較多的是比較審斂法的極限形式,它也是無窮小的一個(gè)應(yīng)用,。
比較審斂法的極限形式:設(shè)∑∞n=1un 和∑∞n=1vn 都是正項(xiàng)級數(shù),, ① 如果limn→∞unvn=l(0≤l<+∞) ,且級數(shù)∑∞n=1vn收斂,,則級數(shù)∑∞n=1un收斂,。
② 如果limn→∞unvn=l>0 或limn→∞unvn=+∞,且級數(shù)∑∞n=1vn發(fā)散,,則級數(shù)∑∞n=1un發(fā)散,。當(dāng)l=1時(shí),∑un,,∑vn就是等價(jià)無窮小,。由比較審斂法的極限形式知,∑un與∑vn同斂散性,,只要已知∑un,,∑vn中某一個(gè)的斂散性,就可以找到另一個(gè)的斂散性,。
例4 判定∑∞n=11n2-lnn 的斂散性
解: ∵ limn→∞1n2-lnn1n2=limn→∞n2n2-lnn=1 又∑1n2 收斂 ∴ ∑∞n=11n2-lnn 收斂
例5 研究∑∞n=11ln(1+n)的斂散性
解: limn→∞1ln(1+n)1n=limn→∞nln(1+n)=1 而∑1n 發(fā)散 ∴ ∑∞n=11ln(1+n) 發(fā)散
3 等價(jià)無窮小無可比擬的作用
以例3看,,若直接用羅比塔法則會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以下結(jié)果:
原式=limx→0tan2x-x2x2tan2x=limx→02(secx·tanx-x)2xtan2x+2x2tanx·secx
=limx→0secx(tan2x-sec2x)-1tan2x+4x·tanx·secx+x2secx(sec2x+tan2x)式子越變越復(fù)雜,難于求出最后的結(jié)果,。而解法2適時(shí)運(yùn)用性質(zhì)①,,將分母x2tan2x替換成x4,又將分子分解因式后進(jìn)行等價(jià)替換,,從而很快地求出正確結(jié)果,。再看一例:
例6[3] limx→0+tan(sinx)sin(tanx)
解:原式=limx→0+sec2(sinx)cosx2tan(sinx)cos(tanx)sec2x2sin(tanx) (用羅比塔法則)
=limx→0+sec2(sinx)cosxcos(tanx)sec2x·limx→0+sin(tanx)tan(sinx) (分離非零極限乘積因子)
=limx→0+sin(tanx)tan(sinx) (算出非零極限)
=limx→0+cos(sinx)sec2x2sin(tanx)sec2(sinx)cosx2tan(sinx) (用羅比塔法則)
=limx→0+cos(sinx)sec2xsec2(sinx)cosx·limx→0+tan(sinx)sin(tanx)
=limx→0+tan(sinx)sin(tanx)
出現(xiàn)循環(huán),此時(shí)用羅比塔法則求不出結(jié)果,。怎么辦,?用等價(jià)無窮小代換。
∵ x~sinx~tanx(x→0)
∴ 原式=limx→0+xx=1而得解,。
由此可看到羅比塔法則并不是萬能的,,也不一定是最佳的,它的使用具有局限性[3],。只要充分地掌握好等價(jià)無窮小的4條性質(zhì)就不難求出正確的結(jié)論,。
等價(jià)無窮小的推理過程 等價(jià)無窮小如何理解篇二
無窮小的定義是以極限的形式來定義的,,當(dāng)x→x0時(shí)(或x→∞)時(shí),limf(x)=0,,則稱函數(shù)f(x)當(dāng)x→x0時(shí)(或x→∞)時(shí)為無窮小,。
當(dāng)limβα=1,就說β與α是等價(jià)無窮小,。
常見性質(zhì)有:
設(shè)α,,α′,β,,β′,,γ 等均為同一自變量變化過程中的無窮小, ① 若α~α′,,β~β′,, 且limα′β′存在,則limαβ=limα′β′② 若α~β,,β~γ,,則α~γ
性質(zhì)①表明等價(jià)無窮小量的商的極限求法。性質(zhì)②表明等價(jià)無窮小的傳遞性若能運(yùn)用極限的運(yùn)算法則,,可繼續(xù)拓展出下列結(jié)論:
③ 若α~α′,,β~β′, 且limβα=c(≠-1),,則α+β~α′+β′
證明:∵ limα+βα′+β′=lim1+βαα′α+β′α′=lim1+c1+αα′·βα·β′β
=lim1+c1+c=1 ∴ α+β~α′+β′
而學(xué)生則往往在性質(zhì)(3)的應(yīng)用上忽略了“l(fā)imβα=c(≠-1)”這個(gè)條件,,千篇一律認(rèn)為“α~α′,β~β′,,則有α+β~α′+β′
④ 若α~α′,,β~β′, 且limaα′±bβ′cα′±dβ′存在,,則當(dāng)aα′±bβ′cα′±dβ′≠0且 limaα±bβcα±dβ存在,,有l(wèi)imaα±bβcα±dβ=limaα′±bβ′cα′±dβ′
此性質(zhì)的證明見文獻(xiàn)[2],性質(zhì)③,、④在加減法運(yùn)算的求極限中就使等價(jià)無窮小的代換有了可能性,,從而大大地簡化了計(jì)算。但要注意條件“l(fā)imβα=c(≠-1)”,,“aα baihua ′±bβ′cα′±dβ′≠0”的使用,。