同济高数 第1章 第1-6-1题

教材习题

📝 题目

1.计算下列极限: (1) $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{\sin \omega x}{x}$ ; (2) $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{\tan 3 x}{x}$ ; (3) $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{\sin 2 x}{\sin 5 x}$ ; (4) $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} x \cot x$ ; (5) $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{1-\cos 2 x}{x \sin x}$ ; (6) $\displaystyle{\lim} _{n \rightarrow \infty} 2^{n} \sin \frac{x}{2^{n}}$( $x$ 为不等于零的常数,$n \in \mathbf{N}_{+}$).

💡 答案解析

[AI解答]

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**(1)** $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{\sin \omega x}{x}$ 利用重要极限 $\displaystyle{\lim}_{t \to 0} \frac{\sin t}{t} = 1$,令 $t = \omega x$,则 $$ \lim_{x \to 0} \frac{\sin \omega x}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin(\omega x)}{\omega x} \cdot \omega = 1 \cdot \omega = \omega. $$

**(2)** $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{\tan 3 x}{x}$ 因为 $\displaystyle \tan 3x = \frac{\sin 3x}{\cos 3x}$,所以 $$ \lim_{x \to 0} \frac{\tan 3x}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x} \cdot \frac{1}{\cos 3x}. $$ 而 $\displaystyle{\lim}_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x} = 3$,$\displaystyle{\lim}_{x \to 0} \frac{1}{\cos 3x} = 1$,故极限为 $3$。

**(3)** $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{\sin 2 x}{\sin 5 x}$ 利用 $\displaystyle{\lim}_{t \to 0} \frac{\sin t}{t} = 1$,有 $$ \lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{\sin 5x} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{\sin 2x}{2x} \cdot 2x}{\frac{\sin 5x}{5x} \cdot 5x} = \frac{1 \cdot 2}{1 \cdot 5} = \frac{2}{5}. $$

**(4)** $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} x \cot x$ 因为 $\displaystyle \cot x = \frac{\cos x}{\sin x}$,所以 $$ \lim_{x \to 0} x \cot x = \lim_{x \to 0} \frac{x \cos x}{\sin x} = \lim_{x \to 0} \frac{x}{\sin x} \cdot \cos x = 1 \cdot 1 = 1. $$

**(5)** $\displaystyle{\lim} _{x \rightarrow 0} \frac{1-\cos 2 x}{x \sin x}$ 利用 $1 - \cos 2x = 2\sin^2 x$,得 $$ \lim_{x \to 0} \frac{2\sin^2 x}{x \sin x} = \lim_{x \to 0} \frac{2\sin x}{x} = 2 \cdot 1 = 2. $$

**(6)** $\displaystyle{\lim} _{n \rightarrow \infty} 2^{n} \sin \frac{x}{2^{n}}$($x \neq 0$) 令 $\displaystyle t = \frac{x}{2^n}$,则当 $n \to \infty$ 时 $t \to 0$,且 $\displaystyle 2^n = \frac{x}{t}$,于是 $$ \lim_{n \to \infty} 2^n \sin \frac{x}{2^n} = \lim_{t \to 0} \frac{x}{t} \sin t = x \cdot \lim_{t \to 0} \frac{\sin t}{t} = x \cdot 1 = x. $$

难度:★☆☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:计算极限 (1) lim_{x->0} sin(ωx)/x
利用重要极限 lim_{t->0} sin(t)/t = 1,令 t = ωx,则原式 = lim_{x->0} [sin(ωx)/(ωx)] * ω = 1 * ω = ω。
公式:lim_{t->0} sin(t)/t = 1
提示:注意将自变量替换为与分子一致的形式。
步骤 2/6
目标:计算极限 (2) lim_{x->0} tan(3x)/x
将 tan(3x) 写为 sin(3x)/cos(3x),则原式 = lim_{x->0} [sin(3x)/x] * [1/cos(3x)] = 3 * 1 = 3。
公式:lim_{x->0} sin(3x)/x = 3
提示:利用 tan 与 sin、cos 的关系。
步骤 3/6
目标:计算极限 (3) lim_{x->0} sin(2x)/sin(5x)
原式 = lim_{x->0} [sin(2x)/(2x)] * (2x) / { [sin(5x)/(5x)] * (5x) } = (1*2)/(1*5) = 2/5。
公式:lim_{t->0} sin(t)/t = 1
提示:分子分母同时除以 x 并构造重要极限形式。
步骤 4/6
目标:计算极限 (4) lim_{x->0} x cot x
cot x = cos x / sin x,则原式 = lim_{x->0} (x / sin x) * cos x = 1 * 1 = 1。
公式:lim_{x->0} x / sin x = 1
提示:将 cot 转化为 cos/sin 形式。
步骤 5/6
目标:计算极限 (5) lim_{x->0} (1-cos2x)/(x sin x)
利用 1-cos2x = 2 sin^2 x,则原式 = lim_{x->0} (2 sin^2 x)/(x sin x) = lim_{x->0} 2 sin x / x = 2。
公式:1-cos2x = 2 sin^2 x
提示:使用倍角公式简化分子。
步骤 6/6
目标:计算极限 (6) lim_{n->∞} 2^n sin(x/2^n)
令 t = x/2^n,则 n→∞ 时 t→0,且 2^n = x/t,原式 = lim_{t->0} (x/t) sin t = x * lim_{t->0} sin t / t = x。
公式:lim_{t->0} sin t / t = 1
提示:通过变量替换将 n 的极限转化为 t 的极限。

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