在求極限時,等階無窮小替換和洛必達法則是我們最常用的方法中的兩個。有時候把兩者結合起來,會使極限問題求解變得更加簡便。下面老黃以一個求極限的實例,介紹兩種方法,讓大家感受無窮小替換結合洛必達法則的魔力。
求極限:lim(x->0)(e^x (1 2x)^(1/2))/ln(1 x^2).
分析:這是一個0/0型的不定式極限,它滿足洛必達法則,即分子分母都是無窮小量,兩個函數都可導,在x不等于0時,分母的導數也不等于0,兩個函數分别求導之後,極限存在,當然這是需要求出來的。
因此我們可以對這個極限運用洛必達法則。當然,我們可以選擇直接運用洛必達法則,也可以選擇先應用等階無窮小替換,把極限化得比較簡單一點,然後再運用洛必達法則。接下來老黃就分别用這兩種方法,求這個極限。大家可以感受一下,它們的不同。
解法一:【直接運用洛必達法則,分子的導數是e^x-(1 2x)^(-1/2), 分母的導數等于2x/(1 x^2),因此】。
原極限=lim(x->0)[e^x-(1 2x)^(-1/2)]/[2x/(1 x^2)]=lim(x->0)[e^x-(1 2x)^(-1/2)](1 x^2)/2x
【得到的極限仍是0/0型不定極限,且同樣滿足洛必達法則,因此可以繼續運用洛必達法則,但是顯然分子求導變得特别複雜。最後的結果是】
=lim(x->0){[e^x (1 2x)^(-3/2)](1 x^2) 2x[e^x-(1 2x)^(-1/2)]}/2
【雖然結果很複雜,所幸分母已經化為最簡的數字2,分子也是一個在x=0連續的函數,隻要将x=0代入,就可以求得】
原極限=1.
解法二:【先根據ln(1 x^2)與x^2是等階無窮小,進行替換,就可以得到】
原極限=lim(x->0)(e^x (1 2x)^(1/2))/x^2
【這也是一個0/0型的不定式極限,且符合洛必達法則的所有條件,所以可以運用洛必達法則,對分子分母同時求導,分子的導數上面已經求出來了,分子的導數是2x,因此】
=lim(x->0)[e^x-(1 2x)^(-1/2)]/(2x)
【雖然這個結果也并非特别簡單,但第二次運用洛必達法則,就要比解法一簡便得多,得到】
=lim(x->0)[e^x (1 2x)^(-3/2)]/2
【分子也是一個在x=0連續的函數,所以将x=0直接代入,同樣得到】
lim(x->0)(e^x (1 2x)^(1/2))/ln(1 x^2)=1.
說明:e^x (1 2x)^(1/2)和ln(1 x^2),以及x^2都是等階無窮小量。
怎麼樣,你體會到等階無窮小替換與洛必達法則結合運用求極限的魔力了嗎?
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