kaoyan1basic 高等数学 第26题

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📝 题目

### 【强化篇】第26题(选择题) 26.当 $x \rightarrow 0$ 时,以下无穷小中,阶数最高的是 ). (A) $\displaystyle \int_{0}^{\sin x}(1+t)^{\frac{2}{t}} \mathrm{~d} t$ (B) $\int_{0}^{\ln \left(1+x^{2}\right)} \sqrt{\cos ^{3} t} \mathrm{~d} t$ (C) $\int_{0}^{x}\left(\mathrm{e}^{\cos t}-\mathrm{e}^{\sin t}\right) \mathrm{d} t$ (D) $\int_{0}^{x-\tan x} \arctan t \mathrm{~d} t$

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:比较各选项无穷小的阶数。A:$\displaystyle \int_{0}^{\sin x}(1+t)^{\frac{2}{t}}\mathrm{d}t$,当$t\to0$时,$\displaystyle (1+t)^{\frac{2}{t}}=\mathrm{e}^{\frac{2}{t}\ln(1+t)}\sim\mathrm{e}^{2}$,故被积函数趋于常数,积分上限$\sin x\sim x$,故A~$\mathrm{e}^{2}x$,阶数为1。B:$\int_{0}^{\ln(1+x^{2})}\sqrt{\cos^{3}t}\mathrm{d}t$,上限$\ln(1+x^{2})\sim x^{2}$,被积函数在0附近$\sqrt{\cos^{3}t}\sim1$,故B~$x^{2}$,阶数为2。C:$\int_{0}^{x}(\mathrm{e}^{\cos t}-\mathrm{e}^{\sin t})\mathrm{d}t$,被积函数$\mathrm{e}^{\cos t}-\mathrm{e}^{\sin t}=\mathrm{e}^{\sin t}(\mathrm{e}^{\cos t-\sin t}-1)$,$\displaystyle \cos t-\sin t\sim1-t-\frac{t^{2}}{2}-(t-\frac{t^{3}}{6})=1-2t-\frac{t^{2}}{2}+\frac{t^{3}}{6}$,在$t=0$处为1,故$\mathrm{e}^{\cos t-\sin t}-1\sim \cos t-\sin t-1$,但$\cos t-\sin t-1\sim -t$,故被积函数$\sim \mathrm{e}^{1}\cdot(-t)$,积分得$\displaystyle -\mathrm{e}^{1}\frac{x^{2}}{2}$,阶数为2。D:$\int_{0}^{x-\tan x}\arctan t\mathrm{d}t$,上限$\displaystyle x-\tan x\sim -\frac{x^{3}}{3}$,被积函数$\arctan t\sim t$,故积分$\displaystyle \sim \int_{0}^{-\frac{x^{3}}{3}}t\mathrm{d}t=\frac{1}{2}(-\frac{x^{3}}{3})^{2}=\frac{x^{6}}{18}$,阶数为6。故阶数最高的是D。 **解析**:分别估计各无穷小的阶数,A为1阶,B为2阶,C为2阶,D为6阶,故D最高。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:分析选项A的无穷小阶数
当x→0时,积分上限sin x ~ x,被积函数(1+t)^(2/t)在t→0时趋于e^2,因此积分~ e^2 x,阶数为1。
公式:∫_0^{sin x} (1+t)^(2/t) dt ~ e^2 x
提示:注意被积函数在t=0处连续且非零,因此积分阶数由上限决定。
步骤 2/4
目标:分析选项B的无穷小阶数
当x→0时,上限ln(1+x^2) ~ x^2,被积函数√(cos^3 t)在t=0处为1,因此积分~ x^2,阶数为2。
公式:∫_0^{ln(1+x^2)} √(cos^3 t) dt ~ x^2
提示:被积函数在0附近趋于常数,积分阶数等于上限阶数。
步骤 3/4
目标:分析选项C的无穷小阶数
被积函数e^{cos t} - e^{sin t} = e^{sin t}(e^{cos t - sin t} - 1)。当t→0时,cos t - sin t ~ 1 - t - t^2/2 - (t - t^3/6) = 1 - 2t - t^2/2 + t^3/6,因此e^{cos t - sin t} - 1 ~ cos t - sin t - 1 ~ -t,且e^{sin t} ~ e^0 = 1,故被积函数~ -t。积分得∫_0^x (-t) dt = -x^2/2,阶数为2。
公式:e^{cos t} - e^{sin t} ~ -t, ∫_0^x (e^{cos t} - e^{sin t}) dt ~ -x^2/2
提示:利用泰勒展开或等价无穷小简化被积函数。
步骤 4/4
目标:分析选项D的无穷小阶数
当x→0时,上限x - tan x ~ -x^3/3,被积函数arctan t ~ t,因此积分~ ∫_0^{-x^3/3} t dt = (1/2)(-x^3/3)^2 = x^6/18,阶数为6。
公式:x - tan x ~ -x^3/3, ∫_0^{x - tan x} arctan t dt ~ x^6/18
提示:注意上限是x的高阶无穷小,积分阶数为上限阶数的2倍(因为被积函数~t)。

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