kaoyan1basic 高等数学 第12题

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📝 题目

### 【强化篇】第12题(填空题) 12.设函数 $f(x)$ 在点 $x=0$ 处连续,$\displaystyle f(0)=\frac{1}{2}$ ,且函数 $\displaystyle g(x)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{1}{x} \sin \frac{x}{2}, & x<0, \\ x+\frac{1}{2}, & x \geqslant 0,\end{array}\right.$ 则 $\displaystyle \lim _{x \rightarrow 0} \frac{x f(x)+g(x) \int_{0}^{2 x} \cos t^{2} \mathrm{~d} t}{x g(x)}=$ $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:$2$ **解析**: 步骤1:$g(x)$在$x=0$处左极限为$\displaystyle \lim_{x\to0^-}\frac{1}{x}\sin\frac{x}{2}=\frac12$,右极限为$\displaystyle \frac12$,故$\displaystyle g(0)=\frac12$,$g(x)$连续。 步骤2:$\int_0^{2x}\cos t^2 dt\sim 2x$(当$x\to0$),分子中$\displaystyle x f(x)\sim \frac12 x$,$\displaystyle g(x)\int_0^{2x}\cos t^2 dt\sim \frac12\cdot 2x=x$,故分子$\displaystyle \sim \frac12 x+x=\frac32 x$。 步骤3:分母$\displaystyle x g(x)\sim x\cdot\frac12=\frac12 x$,故极限为$\displaystyle \frac{\frac32 x}{\frac12 x}=3$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:分析g(x)在x=0处的连续性和值
计算g(x)在x=0处的左极限:lim_{x→0-} (1/x) sin(x/2) = 1/2;右极限:lim_{x→0+} (x+1/2) = 1/2。由于左右极限相等且等于g(0)=1/2,故g(x)在x=0处连续。
公式:lim_{x→0} sin(x/2)/x = 1/2
提示:注意分段函数在分段点处的极限需分别求左右极限。
步骤 2/5
目标:化简分子中的积分项
当x→0时,∫_0^{2x} cos(t^2) dt ~ 2x,因为cos(t^2)在t=0附近趋于1,积分近似于∫_0^{2x} 1 dt = 2x。
公式:∫_0^{2x} cos(t^2) dt ~ 2x (x→0)
提示:利用积分中值定理或等价无穷小替换。
步骤 3/5
目标:求分子的等价无穷小
分子为 x f(x) + g(x) ∫_0^{2x} cos(t^2) dt。由于f(0)=1/2,g(0)=1/2,且f连续,故x f(x) ~ (1/2)x;g(x) ∫_0^{2x} cos(t^2) dt ~ (1/2)*2x = x。因此分子 ~ (1/2)x + x = (3/2)x。
公式:x f(x) ~ (1/2)x, g(x) ∫_0^{2x} cos(t^2) dt ~ x
提示:注意f(x)在x=0处连续,可用f(0)代替。
步骤 4/5
目标:求分母的等价无穷小
分母为 x g(x) ~ x * (1/2) = (1/2)x。
公式:x g(x) ~ (1/2)x
提示:g(0)=1/2。
步骤 5/5
目标:计算极限
原极限 = lim_{x→0} [(3/2)x] / [(1/2)x] = 3。
公式:lim_{x→0} (3/2)x / (1/2)x = 3
提示:约去x后直接得到结果。

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