在求极限时,等阶无穷小替换和洛必达法则是我们最常用的方法中的两个。有时候把两者结合起来,会使极限问题求解变得更加简便。下面老黄以一个求极限的实例,介绍两种方法,让大家感受无穷小替换结合洛必达法则的魔力。
求极限:lim(x->0)(e^x+(1+2x)^(1/2))/ln(1+x^2).
分析:这是一个0/0型的不定式极限,它满足洛必达法则,即分子分母都是无穷小量,两个函数都可导,在x不等于0时,分母的导数也不等于0,两个函数分别求导之后,极限存在,当然这是需要求出来的。
因此我们可以对这个极限运用洛必达法则。当然,我们可以选择直接运用洛必达法则,也可以选择先应用等阶无穷小替换,把极限化得比较简单一点,然后再运用洛必达法则。接下来老黄就分别用这两种方法,求这个极限。大家可以感受一下,它们的不同。
解法一:【直接运用洛必达法则,分子的导数是e^x-(1+2x)^(-1/2), 分母的导数等于2x/(1+x^2),因此】。
原极限=lim(x->0)[e^x-(1+2x)^(-1/2)]/[2x/(1+x^2)]=lim(x->0)[e^x-(1+2x)^(-1/2)](1+x^2)/2x
【得到的极限仍是0/0型不定极限,且同样满足洛必达法则,因此可以继续运用洛必达法则,但是显然分子求导变得特别复杂。最后的结果是】
=lim(x->0){[e^x+(1+2x)^(-3/2)](1+x^2)+2x[e^x-(1+2x)^(-1/2)]}/2
【虽然结果很复杂,所幸分母已经化为最简的数字2,分子也是一个在x=0连续的函数,只要将x=0代入,就可以求得】
原极限=1.
解法二:【先根据ln(1+x^2)与x^2是等阶无穷小,进行替换,就可以得到】
原极限=lim(x->0)(e^x+(1+2x)^(1/2))/x^2
【这也是一个0/0型的不定式极限,且符合洛必达法则的所有条件,所以可以运用洛必达法则,对分子分母同时求导,分子的导数上面已经求出来了,分子的导数是2x,因此】
=lim(x->0)[e^x-(1+2x)^(-1/2)]/(2x)
【虽然这个结果也并非特别简单,但第二次运用洛必达法则,就要比解法一简便得多,得到】
=lim(x->0)[e^x+(1+2x)^(-3/2)]/2
【分子也是一个在x=0连续的函数,所以将x=0直接代入,同样得到】
lim(x->0)(e^x+(1+2x)^(1/2))/ln(1+x^2)=1.
说明:e^x+(1+2x)^(1/2)和ln(1+x^2),以及x^2都是等阶无穷小量。
怎么样,你体会到等阶无穷小替换与洛必达法则结合运用求极限的魔力了吗?