Исследуйте предел lim_{x->0} (1 + sin x)^{1/x}: какие методы (логарифмирование и разложение в ряд Тейлора, использование общей формулы (1+u)^{1/u}) применимы, приведите строгую схему доказательства существования и нахождения предела

20 Окт в 16:41
5 +1
0
Ответы
1
Ответ: предел существует и равен eee.
Краткие применимые методы:
1) Логарифмирование и предельное тождество lim⁡u→0ln⁡(1+u)u=1\displaystyle\lim_{u\to0}\frac{\ln(1+u)}{u}=1u0lim uln(1+u) =1.
2) Разложение в ряд Тейлора для sin⁡x\sin xsinx и ln⁡(1+u)\ln(1+u)ln(1+u).
3) Универсальная формула lim⁡u→0(1+u)1/u=e\displaystyle\lim_{u\to0}(1+u)^{1/u}=eu0lim (1+u)1/u=e с заменой u=sin⁡xu=\sin xu=sinx.
Строгая схема доказательства (логарифмирование, минимальные предпосылки):
1. Обозначим L=lim⁡x→0(1+sin⁡x)1/xL=\displaystyle\lim_{x\to0}(1+\sin x)^{1/x}L=x0lim (1+sinx)1/x (если предел существует и положителен, можно логарифмировать). Рассмотрим ln⁡L=lim⁡x→0ln⁡(1+sin⁡x)x\ln L=\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\ln(1+\sin x)}{x}lnL=x0lim xln(1+sinx) , при условии существования предела правой части.
2. Представим дробь как произведение
ln⁡(1+sin⁡x)x=ln⁡(1+sin⁡x)sin⁡x⋅sin⁡xx. \frac{\ln(1+\sin x)}{x}=\frac{\ln(1+\sin x)}{\sin x}\cdot\frac{\sin x}{x}.
xln(1+sinx) =sinxln(1+sinx) xsinx .
3. Из известных пределов имеем lim⁡t→0ln⁡(1+t)t=1\displaystyle\lim_{t\to0}\frac{\ln(1+t)}{t}=1t0lim tln(1+t) =1 и lim⁡x→0sin⁡xx=1\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}=1x0lim xsinx =1. Так как при x→0x\to0x0 выполняется sin⁡x→0\sin x\to0sinx0, получаем
lim⁡x→0ln⁡(1+sin⁡x)x=1⋅1=1. \lim_{x\to0}\frac{\ln(1+\sin x)}{x}=1\cdot1=1.
x0lim xln(1+sinx) =11=1.
4. Следовательно ln⁡L=1\ln L=1lnL=1, откуда L=eL=eL=e.
Альтернативное (через ряды Тейлора): sin⁡x=x+o(x)\sin x=x+o(x)sinx=x+o(x) при x→0x\to0x0, поэтому ln⁡(1+sin⁡x)=sin⁡x+o(sin⁡x)=x+o(x)\ln(1+\sin x)=\sin x+o(\sin x)=x+o(x)ln(1+sinx)=sinx+o(sinx)=x+o(x). Делением на xxx получаем предел 111, как выше, значит L=eL=eL=e.
Также можно использовать формулу (1+u)1/u→e(1+u)^{1/u}\to e(1+u)1/ue: записать
(1+sin⁡x)1/x=((1+sin⁡x)1/sin⁡x)sin⁡x/x, (1+\sin x)^{1/x}=\Big((1+\sin x)^{1/\sin x}\Big)^{\sin x/x},
(1+sinx)1/x=((1+sinx)1/sinx)sinx/x,
и при x→0x\to0x0 правая часть стремится к e1=ee^1=ee1=e.
Итого: lim⁡x→0(1+sin⁡x)1/x=e\displaystyle\lim_{x\to0}(1+\sin x)^{1/x}=ex0lim (1+sinx)1/x=e.
20 Окт в 17:46
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир