kaoyan1basic 高等数学 第19题

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📝 题目

### 【基础篇】第19题(填空题) 19.设 $\displaystyle f(x)=\frac{\mathrm{e}^{x}+x \mathrm{e}^{x}}{\mathrm{e}^{x}-1}-\frac{1}{x}$ 在 $x=0$ 处连续,则应补充 $f(0)=$ $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:$\displaystyle \frac{3}{2}$ **解析**:$\displaystyle f(x)=\frac{\mathrm{e}^{x}(1+x)}{\mathrm{e}^{x}-1}-\frac{1}{x}$。当$x\to0$时,$\displaystyle \mathrm{e}^{x}=1+x+\frac{x^{2}}{2}+o(x^{2})$,$\displaystyle \mathrm{e}^{x}-1\sim x+\frac{x^{2}}{2}$,$\displaystyle \mathrm{e}^{x}(1+x)=(1+x+\frac{x^{2}}{2}+o(x^{2}))(1+x)=1+2x+\frac{3x^{2}}{2}+o(x^{2})$。则$\displaystyle \frac{\mathrm{e}^{x}(1+x)}{\mathrm{e}^{x}-1}=\frac{1+2x+\frac{3x^{2}}{2}+o(x^{2})}{x+\frac{x^{2}}{2}+o(x^{2})}=\frac{1}{x}\cdot\frac{1+2x+\frac{3x^{2}}{2}+o(x^{2})}{1+\frac{x}{2}+o(x)}=\frac{1}{x}(1+2x+\frac{3x^{2}}{2}+o(x^{2}))(1-\frac{x}{2}+\frac{x^{2}}{4}+o(x^{2}))=\frac{1}{x}(1+\frac{3}{2}x+o(x))=\frac{1}{x}+\frac{3}{2}+o(1)$。故$\displaystyle f(x)=\frac{1}{x}+\frac{3}{2}+o(1)-\frac{1}{x}=\frac{3}{2}+o(1)$,所以$\displaystyle f(0)=\frac{3}{2}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:化简函数表达式
将 f(x) 写为 f(x) = e^x(1+x)/(e^x-1) - 1/x。
公式:f(x) = e^x(1+x)/(e^x-1) - 1/x
提示:提取公因子 e^x 简化分子。
步骤 2/6
目标:展开 e^x 为泰勒级数
当 x→0 时,e^x = 1 + x + x^2/2 + o(x^2),e^x - 1 = x + x^2/2 + o(x^2)。
公式:e^x = 1 + x + x^2/2 + o(x^2)
提示:展开到二阶,因为分母一阶,分子需要二阶以抵消。
步骤 3/6
目标:计算分子 e^x(1+x) 的展开
e^x(1+x) = (1 + x + x^2/2 + o(x^2))(1+x) = 1 + 2x + (3/2)x^2 + o(x^2)。
公式:e^x(1+x) = 1 + 2x + (3/2)x^2 + o(x^2)
提示:逐项相乘,忽略高阶项。
步骤 4/6
目标:计算分式 e^x(1+x)/(e^x-1) 的展开
将分子分母展开代入: (1+2x+(3/2)x^2+o(x^2)) / (x + x^2/2 + o(x^2)) = (1/x) * (1+2x+(3/2)x^2+o(x^2)) / (1 + x/2 + o(x))。然后利用 1/(1+u) = 1 - u + u^2 + o(u^2) 展开,得到 (1/x)[1+2x+(3/2)x^2+o(x^2)][1 - x/2 + x^2/4 + o(x^2)] = (1/x)[1 + (3/2)x + o(x)] = 1/x + 3/2 + o(1)。
公式:e^x(1+x)/(e^x-1) = 1/x + 3/2 + o(1)
提示:注意分母提取 x,然后使用几何级数展开。
步骤 5/6
目标:计算 f(x) 的极限
f(x) = (1/x + 3/2 + o(1)) - 1/x = 3/2 + o(1),所以当 x→0 时,f(x)→3/2。
公式:f(x) = 3/2 + o(1)
提示:1/x 项抵消,常数项即为极限。
步骤 6/6
目标:补充定义 f(0)
为使 f(x) 在 x=0 处连续,需令 f(0) = lim_{x→0} f(x) = 3/2。
公式:f(0) = 3/2
提示:连续定义:函数值等于极限值。

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