kaoyan1basic 高等数学 第134题

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## 第134题 (高等数学 - 选择题) 已知 $\displaystyle I=\lim _{x \rightarrow 0} \frac{a x^{2}+b x+1-\mathrm{e}^{x^{2}-2 x}}{x^{2}}=2$ ,则 (A)$a=5, b=-2$ . (B)$a=-2, b=5$ . (C)$a=2, b=0$ . (D)$a=3, b=-3$ .

💡 答案解析

**答案**:A **解析**:步骤1:$\displaystyle I = \lim_{x\to0} \frac{ax^2+bx+1 - e^{x^2-2x}}{x^2} = 2$。步骤2:分子在 $x=0$ 时为 $1-1=0$,分母为0,需用洛必达或展开。步骤3:$\displaystyle e^{x^2-2x} = 1 - 2x + (2+\frac{1}{2})x^2 + O(x^3) = 1 - 2x + \frac{5}{2}x^2 + O(x^3)$。步骤4:分子 $\displaystyle = ax^2+bx+1 - (1-2x+\frac{5}{2}x^2) = (a-\frac{5}{2})x^2 + (b+2)x + O(x^3)$。步骤5:极限存在,需 $b+2=0$,即 $b=-2$,则 $\displaystyle I = a - \frac{5}{2} = 2$,得 $\displaystyle a = \frac{9}{2}$,但选项无,重新计算:$\displaystyle e^{x^2-2x} = 1 - 2x + \frac{4x^2}{2} + \cdots$ 错误,正确展开:$\displaystyle e^{x^2-2x} = 1 + (x^2-2x) + \frac{(x^2-2x)^2}{2} + \cdots = 1 - 2x + \frac{3}{2}x^2 + O(x^3)$,则 $\displaystyle a-\frac{3}{2}=2$,$\displaystyle a=\frac{7}{2}$,仍不符。检查选项,$a=5,b=-2$ 代入:$5x^2-2x+1 - e^{x^2-2x}$,展开 $e^{x^2-2x}=1-2x+3x^2+O(x^3)$,分子 $=2x^2$,极限为2,正确。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:分析极限形式,确定使用泰勒展开
当 x→0 时,分子 ax^2+bx+1 - e^{x^2-2x} 趋于 0,分母 x^2 趋于 0,为 0/0 型未定式。考虑将 e^{x^2-2x} 在 x=0 处泰勒展开至二阶。
公式:e^u = 1 + u + u^2/2 + O(u^3)
提示:注意展开到与分母同阶,即 x^2 项。
步骤 2/5
目标:泰勒展开 e^{x^2-2x}
令 u = x^2 - 2x,则 e^{x^2-2x} = 1 + (x^2-2x) + (x^2-2x)^2/2 + O(x^3) = 1 - 2x + (x^2 + 2x^2) + O(x^3) = 1 - 2x + 3x^2 + O(x^3)。
公式:(x^2-2x)^2 = 4x^2 - 4x^3 + x^4,保留至 x^2 项得 4x^2
提示:计算 (x^2-2x)^2 时,只保留 x^2 项,因为 x^3 及以上不影响极限。
步骤 3/5
目标:代入分子并合并同类项
分子 = ax^2 + bx + 1 - [1 - 2x + 3x^2 + O(x^3)] = (a-3)x^2 + (b+2)x + O(x^3)。
提示:常数项抵消,一次项和二次项分别合并。
步骤 4/5
目标:利用极限存在且等于2确定参数
极限 I = lim_{x→0} [(a-3)x^2 + (b+2)x + O(x^3)] / x^2 = 2。要使极限存在,必须消去一次项,即 b+2=0,得 b=-2。此时 I = a-3 = 2,解得 a=5。
公式:lim_{x→0} (b+2)x / x^2 发散,故 b+2=0
提示:注意 O(x^3)/x^2 → 0,不影响极限。
步骤 5/5
目标:验证选项
a=5, b=-2 对应选项 A。

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