kaoyan1basic 高等数学 第25题

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📝 题目

### 【强化篇】第25题(选择题) 25.当 $x \rightarrow 0$ 时,$(3+2 \tan x)^{x}-3^{x}$ 是 $\displaystyle 3 \sin ^{2} x+x^{3} \cos \frac{1}{x}$ 的( . (A)高阶无穷小 (B)低阶无穷小 (C)等价无穷小 (D)同阶但非等价无穷小

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:$x\to0$时,$\displaystyle (3+2\tan x)^{x}-3^{x}=3^{x}[(1+\frac{2}{3}\tan x)^{x}-1]$。$3^{x}\to1$,$\displaystyle (1+\frac{2}{3}\tan x)^{x}=\mathrm{e}^{x\ln(1+\frac{2}{3}\tan x)}$,$\displaystyle \ln(1+\frac{2}{3}\tan x)\sim\frac{2}{3}x$,故指数$\displaystyle \sim\frac{2}{3}x^{2}$,所以$\displaystyle (1+\frac{2}{3}\tan x)^{x}-1\sim\frac{2}{3}x^{2}$,故原式$\displaystyle \sim\frac{2}{3}x^{2}$。分母$\displaystyle 3\sin^{2}x+x^{3}\cos\frac{1}{x}\sim3x^{2}+o(x^{2})$,故比值为$\displaystyle \frac{2}{3}x^{2}/(3x^{2})=\frac{2}{9}$,同阶非等价。 **解析**:分子等价于$\displaystyle \frac{2}{3}x^{2}$,分母等价于$3x^{2}$,比值为常数$\displaystyle \frac{2}{9}$,同阶非等价。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:化简分子表达式
将分子 (3+2tan x)^x - 3^x 提取公因式 3^x,得到 3^x[(1 + (2/3)tan x)^x - 1]。由于 x→0 时 3^x→1,因此分子等价于 (1 + (2/3)tan x)^x - 1。
公式:(3+2tan x)^x - 3^x = 3^x[(1 + (2/3)tan x)^x - 1]
提示:提取公因式是处理指数差常用的方法。
步骤 2/4
目标:求分子等价无穷小
令 A = (1 + (2/3)tan x)^x,取对数得 ln A = x ln(1 + (2/3)tan x)。当 x→0 时,tan x ~ x,ln(1 + (2/3)tan x) ~ (2/3)x,所以 ln A ~ (2/3)x^2,因此 A - 1 ~ (2/3)x^2。故分子 ~ (2/3)x^2。
公式:ln(1+u) ~ u (u→0); tan x ~ x; 则 (1+u)^x - 1 ~ x u
提示:利用等价无穷小替换时注意精度,这里需要到 x^2 阶。
步骤 3/4
目标:化简分母表达式
分母为 3 sin^2 x + x^3 cos(1/x)。当 x→0 时,sin x ~ x,故 3 sin^2 x ~ 3x^2。而 x^3 cos(1/x) 是比 x^2 高阶的无穷小(因为 |cos(1/x)| ≤ 1,所以 x^3 cos(1/x) = o(x^2))。因此分母 ~ 3x^2。
公式:sin x ~ x; x^3 cos(1/x) = o(x^2)
提示:注意 x^3 cos(1/x) 是振荡的,但绝对值不超过 x^3,因此是高阶无穷小。
步骤 4/4
目标:比较分子分母阶数
分子 ~ (2/3)x^2,分母 ~ 3x^2,所以比值为 (2/3)/3 = 2/9,为非零常数,因此是同阶但非等价无穷小。
公式:lim (分子/分母) = 2/9
提示:等价无穷小要求比值为1,这里为2/9,故非等价。

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