考研数学:等价无穷小在加减中的使用规则及两个常见应用(完善版) |
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在高等数学的极限部分,我们学习了利用等价无穷小解决七种未定式的方法。然而在很多情况下,一些老师怕同学们混淆,便告诉同学们只能在乘除中利用等价无穷小,而在加减中是不能使用的。这其实涉及到了一个阶的问题,如果把握好阶数,那么我相信在加减中使用也不是什么问题了。 这涉及到了两个前提: ①泰勒公式实际上是一个函数的幂级数展开式:在极限计算中利用的是带Peano余项的麦克劳林展开式,即 x趋于0的展开式它的余项为o(x^n)。由幂级数的形式可见,展开项越多,次数越高,越是高阶无穷小,而在极限计算过程中是不需要这些项的。 ②等价无穷小实质上是泰勒公式的低级表现形式。但是在考研数学的一些情况中,利用等价往往比展开更为简便,我会在下面的应用中举例。 我们有了这两个前提,便对等价无穷小有了一个清楚的认识。下面来说明加减中何时可以使用等价来解决问题。 这个规则放前面:设f(x),g(x),h(x)···等为只有一项的初等函数,那么它们进行加减运算后利用等价后,只要结果不为0,便可直接使用等价后的结果。 证明: 注意:此处的等价指的是只有一个函数的等价,比如sinx~x 1-cosx~(1/2)x^2. 有人可能会问了,那直接展开不就完了吗?低阶保留高阶去掉。所以有以下几个不容易展开的函数,使用这个结论就可以快速化简式子或计算出结果。 (以下两个应用均为x趋于0时) 应用一:嵌套函数 类型一:f(g(x))/x^型,此类型直接使用等价即可。 类型二:f(g(x))-p(q(x))型: 这里要求g(x)和q(x)都趋于0,我们不能直接使用等价得出g(x)-q(x)一定不等于0,首先把整体看作f(ロ)-q(ロ),展开到f(x)-q(x)的阶数,一层一层地去掉外套,从而得出最后结果。 这里我举一道汤老师《接力题典1800》强化篇的极限题。 22版108页第36题此时若直接将分母等价为sinx-tanx,便会得出-1/2的错误结果,原因是被丢掉的sinx与tanx的三次方项也带有x的三次方,它并不是x^3的高阶无穷小,不能省略。 解决方法就是将tan(口)-sin(口)展至三阶,便有了如下过程: 而汤老师的答案就非常复杂。 类似的有很多其他嵌套函数,都可以用此方法快速化简。 应用二:展开式较复杂的函数: 主要是a^x-1 (1+x)^α 这两个函数 有等价无穷小,但是展开式比较复杂。 如a^x-1-sinx~(lna-1)x 此处a≠e (1+x)^α-1+a^x~(α+lna)x 此处a≠-e^α 甚至可以嵌套一个较复杂的函数,比如sin(tan[(1+x)^α-1])-x。 总之,函数千变万化,抓住不变的点才是化简的关键。 希望以上内容能为大家的考研数学复习带来帮助,不足之处请不吝批评指出,谢谢。 |
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