kaoyan1basic 高等数学 第30题

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📝 题目

## 第30题 (高等数学 - 填空题) 设 $f(x)$ 在 $x=0$ 可导且 $f(0)=1, f^{\prime}(0)=3$ ,则数列极限 $\displaystyle I=\lim _{n \rightarrow \infty}\left(f\left(\frac{1}{n}\right)\right)^{\frac{\frac{1}{n}}{1-\cos \frac{1}{n}}}=$ $\_\_\_\_$ . ◯纠错笔记

💡 答案解析

**答案**:$e^3$ **解析**: 步骤1:$\displaystyle I = \lim_{n \to \infty} \left( f\left(\frac{1}{n}\right) \right)^{\frac{1/n}{1-\cos(1/n)}}$,取对数:$\displaystyle \ln I = \lim_{n \to \infty} \frac{1/n}{1-\cos(1/n)} \ln f\left(\frac{1}{n}\right)$。 步骤2:令$\displaystyle x=\frac{1}{n}$,则$\displaystyle \ln I = \lim_{x \to 0} \frac{x}{1-\cos x} \ln f(x)$。 步骤3:$\displaystyle \frac{x}{1-\cos x} \sim \frac{x}{x^2/2} = \frac{2}{x}$,$\ln f(x) \sim \ln(1+3x) \sim 3x$,故$\displaystyle \ln I = \lim_{x \to 0} \frac{2}{x} \cdot 3x = 6$,$I=e^6$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:将原极限转化为指数形式,便于利用等价无穷小和导数定义
设 I = lim_{n→∞} [f(1/n)]^{ (1/n) / (1 - cos(1/n)) },取自然对数得 ln I = lim_{n→∞} [ (1/n) / (1 - cos(1/n)) ] * ln f(1/n)。
公式:ln I = lim_{n→∞} (1/n)/(1-cos(1/n)) * ln f(1/n)
提示:当极限形式为幂指函数时,通常取对数处理。
步骤 2/4
目标:变量代换,将离散极限转化为连续极限
令 x = 1/n,则当 n→∞ 时 x→0,于是 ln I = lim_{x→0} [ x / (1 - cos x) ] * ln f(x)。
公式:ln I = lim_{x→0} x/(1-cos x) * ln f(x)
提示:变量代换是处理数列极限的常用技巧。
步骤 3/4
目标:利用等价无穷小简化表达式
当 x→0 时,1 - cos x ~ x^2/2,所以 x/(1-cos x) ~ x/(x^2/2) = 2/x。同时,由 f(0)=1, f'(0)=3 得 f(x) ~ 1+3x,故 ln f(x) ~ ln(1+3x) ~ 3x。因此 ln I = lim_{x→0} (2/x) * (3x) = 6。
公式:x/(1-cos x) ~ 2/x, ln f(x) ~ 3x
提示:注意等价无穷小替换的条件:乘除因子可直接替换,加减需谨慎。
步骤 4/4
目标:由对数结果还原原极限
由 ln I = 6 得 I = e^6。
公式:I = e^{ln I} = e^6

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