题目
4、极限lim_(xto1)(x+x^2+...+x^n-n)/(x-1)=( ).A. 0B. ∞C. nD. (n(n+1))/(2)
4、极限$\lim_{x\to1}\frac{x+x^{2}+\cdots+x^{n}-n}{x-1}=( )$.
A. 0
B. ∞
C. n
D. $\frac{n(n+1)}{2}$
题目解答
答案
D. $\frac{n(n+1)}{2}$
解析
考查要点:本题主要考查极限的计算方法,特别是洛必达法则的应用,以及等比数列求和公式的灵活运用。
解题核心思路:
当$x \to 1$时,分子和分母均趋近于$0$,形成$\frac{0}{0}$型不定式。此时可优先考虑洛必达法则,对分子和分母分别求导后取极限。此外,也可通过分子变形(如将分子拆分为多个$(x^k -1)$项)并提取公因子$(x-1)$,从而简化计算。
破题关键点:
- 识别极限形式为$\frac{0}{0}$型,确定使用洛必达法则的可行性。
- 对分子求导时,注意逐项求导的正确性。
- 最终结果与等差数列求和公式相关,需熟练掌握$1+2+\cdots+n = \frac{n(n+1)}{2}$。
步骤1:验证极限形式
当$x \to 1$时,分子$x + x^2 + \cdots + x^n - n$中,每一项$x^k$均趋近于$1$,因此分子趋近于$0$;分母$x-1$也趋近于$0$,故极限形式为$\frac{0}{0}$型,可应用洛必达法则。
步骤2:应用洛必达法则
对分子和分母分别求导:
- 分子导数:$\frac{d}{dx}(x + x^2 + \cdots + x^n - n) = 1 + 2x + 3x^2 + \cdots + n x^{n-1}$
- 分母导数:$\frac{d}{dx}(x-1) = 1$
因此,原极限转化为:
$\lim_{x \to 1} \frac{1 + 2x + 3x^2 + \cdots + n x^{n-1}}{1}$
步骤3:代入$x=1$计算
将$x=1$代入分子导数:
$1 + 2 \cdot 1 + 3 \cdot 1^2 + \cdots + n \cdot 1^{n-1} = 1 + 2 + 3 + \cdots + n$
步骤4:求和公式
利用等差数列求和公式:
$1 + 2 + 3 + \cdots + n = \frac{n(n+1)}{2}$