kaoyan1basic 高等数学 第12题

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📝 题目

### 【基础篇】第12题(填空题) 12. $\displaystyle \lim _{x \rightarrow 0}\left(\frac{2-\sin x-\cos x}{1+x}\right)^{\frac{1}{\min x}}=$ $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:$\displaystyle e^{-\frac12}$ **解析**: 步骤1:原极限为$1^\infty$型,取对数得$\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{1}{\sin x}\ln\frac{2-\sin x-\cos x}{1+x}$。 步骤2:$\displaystyle \ln\frac{2-\sin x-\cos x}{1+x}=\ln(2-\sin x-\cos x)-\ln(1+x)$,展开:$\displaystyle 2-\sin x-\cos x=2-(x-\frac{x^3}{6}+o(x^3))-(1-\frac{x^2}{2}+\frac{x^4}{24}+o(x^4))=1-x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}+o(x^3)$,$\displaystyle \ln(1-x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}+o(x^3))=-x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}-\frac12(-x)^2+o(x^2)=-x+\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{6}-\frac{x^2}{2}+o(x^2)=-x+\frac{x^3}{6}+o(x^3)$,减去$\displaystyle \ln(1+x)=x-\frac{x^2}{2}+o(x^2)$得$\displaystyle -2x+\frac{x^3}{6}+\frac{x^2}{2}+o(x^2)$。 步骤3:除以$\sin x\sim x$得极限为$-2$,故原极限为$e^{-2}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:识别极限类型并取对数
原极限为1^∞型,取自然对数后求极限:令 L = lim_{x→0} ( (2 - sin x - cos x) / (1 + x) )^{1/sin x},则 ln L = lim_{x→0} (1/sin x) * ln( (2 - sin x - cos x) / (1 + x) )。
公式:1^∞型极限:lim u^v = e^{lim v ln u}
提示:注意检查是否为1^∞型:底数趋于1,指数趋于无穷。
步骤 2/4
目标:化简对数部分
ln( (2 - sin x - cos x) / (1 + x) ) = ln(2 - sin x - cos x) - ln(1 + x)。分别展开:sin x = x - x^3/6 + o(x^3),cos x = 1 - x^2/2 + x^4/24 + o(x^4),所以 2 - sin x - cos x = 2 - (x - x^3/6 + o(x^3)) - (1 - x^2/2 + x^4/24 + o(x^4)) = 1 - x + x^2/2 + x^3/6 + o(x^3)。然后 ln(1 - x + x^2/2 + x^3/6 + o(x^3)) = (-x + x^2/2 + x^3/6) - 1/2*(-x)^2 + o(x^2) = -x + x^2/2 + x^3/6 - x^2/2 + o(x^2) = -x + x^3/6 + o(x^3)。而 ln(1+x) = x - x^2/2 + o(x^2)。相减得:(-x + x^3/6 + o(x^3)) - (x - x^2/2 + o(x^2)) = -2x + x^2/2 + x^3/6 + o(x^2)。
公式:ln(1+u) = u - u^2/2 + o(u^2);sin x, cos x 的泰勒展开
提示:展开时注意阶数,分母有sin x~x,所以分子需展开到x^2项以上。
步骤 3/4
目标:除以 sin x 并求极限
ln L = lim_{x→0} (1/sin x) * ( -2x + x^2/2 + x^3/6 + o(x^2) ) = lim_{x→0} ( -2x/sin x + (x^2/2)/sin x + ... )。由于 sin x ~ x,所以 -2x/sin x → -2,而 (x^2/2)/sin x → 0,高阶项也趋于0。因此 ln L = -2。
公式:sin x ~ x (x→0)
提示:注意分子中x^2项除以x后趋于0,不影响结果。
步骤 4/4
目标:还原原极限
由 ln L = -2,得 L = e^{-2}。
公式:L = e^{ln L}
提示:最终答案:e^{-2}。

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