数学 I 历次作业及解答#
- x→0limx3tanx−sinx
利用 sinx∼x、1−cosx∼2x2,先变形得
x3tanx−sinx=x3cosxsinx(1−cosx)⟶21.
- x→0limtan2x(x+1)sin5x
由 sin5x∼5x、tan2x∼2x,得
x→0limtan2x(x+1)sin5x=x→0lim(x+1)2x5x=25.
- x→0limln(1+x)arctan(2x)31+5x2−1
因为
31+5x2−1∼35x2,ln(1+x)∼x,arctan(2x)∼2x,
所以原极限为 2135=310。
- x→0lim[(1+sin2x)1−cosxln(1+x)−1]
令 u=1−cosxln(1+x)ln(1+sin2x)。由
ln(1+x)∼x,ln(1+sin2x)∼sin2x∼x2,1−cosx∼2x2,
得 u∼2x→0。于是原式 =eu−1∼u→0。
- x→1lim1−sin(2πx)lncos(x−1)
令 t=x−1→0,则
lncost=ln[1+(cost−1)]∼cost−1∼−2t2,
1−sin(2πx)=1−cos(2πt)∼8π2t2.
故原极限为 8π2−21=−π24。
- x→+∞lim(x+1+x2)x1
方法一: 令 t=x1→0+,记原式为 y。由
δ=21+t2−1∼4t2,ln(1+δ)∼δ∼4t2,
得
lny=tlnt1+1+t2=tlnt2+tln(1+δ)⟶0.
这里用到基本极限 tlnt→0(t→0+)。因此 y→1。
方法二: 当 x≥1 时,1<x+1+x2≤3x。利用 lnv≤v−1(v>0),有
0≤xln(x+1+x2)≤xln(3x)=x2ln3x≤x2(3x−1)⟶0.
因此,lny→0,故 y→1。
- n→∞lim(n2+11+n2+22+⋯+n2+nn)
记括号内的和为 Sn。当 1≤k≤n 时,
n2+nk≤n2+kk≤n2+1k.
求和并利用 k=1∑nk=2n(n+1),得
21≤Sn≤2(n2+1)n(n+1)⟶21.
因此,原极限为 21。
- 求三次函数 Q(x)=ax3+bx2+cx+d 的拐点。
因为 a=0,且
Q′(x)=3ax2+2bx+c,Q′′(x)=6ax+2b,
令 Q′′(x)=0,得 x∗=−3ab。由于
Q′′(x)=6a(x−x∗) 在 x∗ 两侧异号,故拐点为
(−3ab, Q(−3ab)).
- 求圆的曲率半径,其中
{x=x0+Rcosθ,y=y0+Rsinθ,R>0.
对 θ 求导,得
x′x′′=−Rsinθ,=−Rcosθ,y′y′′=Rcosθ,=−Rsinθ.
因此曲率半径为
ρ=∣x′y′′−y′x′′∣[(x′)2+(y′)2]23=R2(R2)23=R.
- n→∞limn(arctann−2π)
由 n>0 时 arctann+arctann1=2π,得
n(arctann−2π)=−1/narctan(1/n)⟶−1.
- n→∞lim[e(1+n1)n]n
记原式为 an>0。利用 ln(1+t)=t−2t2+O(t3)(t→0),得
lnan=n[nln(1+n1)−1]=n[−2n1+O(n21)]⟶−21.
因此原极限为 e−1/2。
- n→∞lim2nn100ln10n
令 an=2nn100ln10n(n≥2),则
anan+1=21(1+n1)100(lnnln(n+1))10⟶21<1.
取 21<q<1,则存在 N,使 n≥N 时 an+1≤qan,从而
0<an≤aNqn−N→0。故原极限为 0。
- n→∞limnn2n⋅(n!)⋅ln10n
令 bn=nn2n⋅(n!)⋅ln10n(n≥2),则
bnbn+1=2(n+1n)n(lnnln(n+1))10⟶e2<1.
由第 12 题的几何数列估计可知 bn→0,故原极限为 0。
- n→∞lim3nn!nn(n+1)10
令 cn=3nn!nn(n+1)10>0,则
cncn+1=31(1+n1)n(n+1n+2)10⟶3e<1.
由第 12 题的几何数列估计可知 cn→0,故原极限为 0。