求极限 lim_(x to 0) (e^x sin x - x(x+1))/(sin^3 x).
求极限 $\lim_{x \to 0} \frac{e^x \sin x - x(x+1)}{\sin^3 x}$.
题目解答
答案
我们来求解这个极限问题:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x \sin x - x(x+1)}{\sin^3 x}$
第一步:分析极限形式
当 $x \to 0$ 时:
- $\sin x \to 0$
- $\sin^3 x \to 0$
- $e^x \to 1$
- $\sin x \to 0$,所以 $e^x \sin x \to 0$
- $x(x+1) \to 0$
因此分子和分母都趋于 0,这是一个 0/0 型未定式,可以使用 洛必达法则 或 泰勒展开 来求解。
第二步:使用泰勒展开
我们对分子和分母分别进行泰勒展开(在 $x=0$ 处展开)。
1. 分母:$\sin^3 x$
先写出 $\sin x$ 的泰勒展开:
$\sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3)$
所以:
$\sin^3 x = \left(x - \frac{x^3}{6} + o(x^3)\right)^3 = x^3 + o(x^3)$
(更高阶项不影响极限)
2. 分子:$e^x \sin x - x(x+1)$
先分别展开 $e^x$ 和 $\sin x$:
- $e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + o(x^3)$
- $\sin x = x - \frac{x^3}{6} + o(x^3)$
所以:
$e^x \sin x = \left(1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + o(x^3)\right)\left(x - \frac{x^3}{6} + o(x^3)\right)$
我们只保留到 $x^3$ 项:
$e^x \sin x = x + x^2 + \frac{x^3}{2} - \frac{x^3}{6} + o(x^3) = x + x^2 + \frac{x^3}{3} + o(x^3)$
另一方面:
$x(x+1) = x^2 + x$
所以分子为:
$e^x \sin x - x(x+1) = \left(x + x^2 + \frac{x^3}{3} + o(x^3)\right) - (x + x^2) = \frac{x^3}{3} + o(x^3)$
第三步:代入极限表达式
我们有:
- 分子:$\frac{x^3}{3} + o(x^3)$
- 分母:$x^3 + o(x^3)$
所以:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x \sin x - x(x+1)}{\sin^3 x} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{x^3}{3} + o(x^3)}{x^3 + o(x^3)} = \frac{1}{3}$
✅ 最终答案:
$\boxed{\frac{1}{3}}$