有关等价无穷小量代换问题的讨论:无穷小量等价代换

  摘 要: 文章依据教学过程中遇到的两类求极限的例题,提出了无穷小量差运算的等价代换和幂指函数的无穷小量代换问题,并对这两类极限问题在理论上给出了解决的方法.   关键词: 等价无穷小量代换 幂指函数 极限
  
  在讲授利用等价无穷小量求函数极限的过程中,学生在解决下面两类例题中遇到了一定的问题.
  类一:(1) (2)
  (1)的正确解法:=
  错误解法:==0
  (2)的正确解法:=-
  =-=1-=
  错误解法(暂时认为是错误的):
  ===
  针对这两个例题的不同做法,有以下问题需要解决。
  第一:第(2)个题目的“错误做法”是否真是错误的?因为两种做法的答案是相同的,我们有理由认为第二种做法可能是正确的。
  第二:如果(2)的第二种做法正确,那么(1)的第二种做法为什么不可以呢?
  第三:和差运算满足什么条件时,就可以进行等价无穷小量的代换?
  类二:(3)(1+3x+x) (4)(1-sinx)
  (3)的正确解法:
  (1+3x+x)=(1+3x+x)
   =(1+3x+x)=e=e
  错误解法(暂时认为是错误的):
  (1+3x+x)=(1+3x+x)
  (4)的正确解法:
  (1-sinx)=(1-sinx)
  错误解法(暂时认为是错误的):
  (1-sinx)=(1-x)=(1-x)=e
  对这两个例题,有以下问题需要解决.
  第一:幂指函数的底函数或指函数为无穷小量时,是否可以做无穷小量的代换?
  第二:(1+α(x))(1+α′(x)),α(x)~α′(x)(x→ )
  定理1:设α~α′,β~β′,当lim=B≠-时,mα+nβ~ma′+nβ′,其中,m,n均为非零实数.(上述等价无穷小和极限均是在同一极限趋向下的表达式.)
  证明:lim=lim
  由定理1可以看到:在(1)中,因为=1=-,所以此时不能分别采用等价无穷小的代换.而在(2)中,因为=≠-=1,所以当x→0时,tan5x-sin2x―5x-2x,可以代换.即(2)的第二种做法是正确的,只是在做题过程中学生需要验证所做题目是否满足定理1的条件.同时,定理1还告诉我们和差运算中可以实行等价无穷小量代换的条件.
  定理2:设α~α′,β~β′,且limα′=A存在,则有lima=limα′.(上述等价无穷小量和极限均是在同一极限趋向下的表达式.)
  证明:limα=limα′•=limα′•lim
   =lim(α′)•lim()=A.
  结论得证.
  定理3:设α~α′且lim(1+α′)=A存在,则有lim(1+α)=lim(1+a′).(上述等价无穷小量和极限均是在同一极限趋向下的表达式.)
  证明:lim(1+α)=e=e
   =e=e=A
  定理2和定理3说明,在幂指函数求极限的过程中,底函数和指函数中的无穷小量均可以通过无穷小量的代换简化计算.因此,例(3)和(4)的第二种做法也是正确的.
  应用举例:
  ==
   =
  实际上,因为=-1,如果不考虑定理1的条件是否满足就去代换,将会产生错误的计算结果:
  ===1.
  (cosx)=[1+(cosx-1)]=(1-)=e.
  
  参考文献:
  [1]龚德恩.微积分[M].四川人民出版社,2006.7.
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