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数学
题目

lim _(xarrow 0)dfrac (e-{e)^cos x}(sqrt [3]{1+{x)^2}-1}=____________________.

____________________.

题目解答

答案

解:当时,分子分母都趋于0,使用洛必达法则得到

,也是型,再一次使用

洛必达法则,得到

答案:

解析

考查要点:本题主要考查洛必达法则的应用,以及在处理复杂分式极限时的多次求导能力。

解题核心思路:
当$x \rightarrow 0$时,分子$e - e^{\cos x}$和分母$\sqrt[3]{1+x^2} - 1$均趋近于$0$,形成$\dfrac{0}{0}$型不定式。此时需两次应用洛必达法则,分别对分子和分母求导,最终化简得到极限值。

破题关键点:

  1. 识别不定式类型,确认洛必达法则适用条件。
  2. 正确求导分子和分母的表达式,尤其注意链式法则和乘积法则的应用。
  3. 判断是否需要重复使用洛必达法则,直至极限可直接代入计算。

步骤1:验证洛必达法则的适用性
当$x \rightarrow 0$时:

  • 分子:$e - e^{\cos 0} = e - e = 0$
  • 分母:$\sqrt[3]{1+0} - 1 = 0$
    因此,原式为$\dfrac{0}{0}$型,可应用洛必达法则。

步骤2:第一次应用洛必达法则
对分子和分母分别求导:

  • 分子导数:$\dfrac{d}{dx}(e - e^{\cos x}) = -e^{\cos x} \cdot (-\sin x) = e^{\cos x} \sin x$
  • 分母导数:$\dfrac{d}{dx}\left( (1+x^2)^{1/3} - 1 \right) = \dfrac{1}{3}(1+x^2)^{-2/3} \cdot 2x = \dfrac{2x}{3(1+x^2)^{2/3}}$

此时极限变为:
$\lim_{x \rightarrow 0} \dfrac{e^{\cos x} \sin x}{\dfrac{2x}{3(1+x^2)^{2/3}}} = \lim_{x \rightarrow 0} \dfrac{3 e^{\cos x} \sin x (1+x^2)^{2/3}}{2x}$

步骤3:判断是否继续使用洛必达法则
当$x \rightarrow 0$时,$\sin x \approx x$,因此分子$\sim 3 e^{\cos x} \cdot x \cdot 1$,分母$\sim 2x$,此时极限形式为$\dfrac{3e}{2}$。但实际计算中,分子和分母仍趋近于$0$,需再次应用洛必达法则。

步骤4:第二次应用洛必达法则
对分子和分母再次求导:

  • 分子导数:
    $\dfrac{d}{dx}\left( e^{\cos x} \sin x \right) = e^{\cos x} (-\sin x) \sin x + e^{\cos x} \cos x = e^{\cos x} (\cos x - \sin^2 x)$
  • 分母导数:
    $\dfrac{d}{dx}\left( \dfrac{2x}{3(1+x^2)^{2/3}} \right) = \dfrac{2 \cdot (1+x^2)^{2/3} - 2x \cdot \dfrac{4x}{3(1+x^2)^{1/3}}}}{3(1+x^2)^{4/3}}} = \dfrac{6(1+x^2) - 8x^2}{9(1+x^2)^{5/3}}}$

化简后极限为:
$\lim_{x \rightarrow 0} \dfrac{e^{\cos x} (\cos x - \sin^2 x) \cdot 9(1+x^2)^{5/3}}{6 - 2x^2}$

步骤5:代入$x=0$计算最终结果
当$x=0$时:

  • $e^{\cos 0} = e$
  • $\cos 0 - \sin^2 0 = 1$
  • $9(1+0)^{5/3} = 9$
  • $6 - 0 = 6$

因此,极限值为:
$\dfrac{e \cdot 1 \cdot 9}{6} = \dfrac{3e}{2}$

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