题目
20】计算极限:lim_(xto0)(e^x-e^sin x)/(sqrt[3](1+x^3)-1).
20】计算极限:$\lim_{x\to0}\frac{e^{x}-e^{\sin x}}{\sqrt[3]{1+x^{3}}-1}.$
题目解答
答案
为了计算极限 $\lim_{x\to0}\frac{e^{x}-e^{\sin x}}{\sqrt[3]{1+x^{3}}-1}$,我们将使用泰勒级数展开和洛必达法则。让我们一步步进行。
### 第1步:泰勒级数展开
首先,我们展开 $e^x$,$e^{\sin x}$,和 $\sqrt[3]{1+x^3}$ 在 $x = 0$ 附近的泰勒级数。
1. $e^x$ 的泰勒级数是:
\[
e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + O(x^4) = 1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + O(x^4).
\]
2. $\sin x$ 的泰勒级数是:
\[
\sin x = x - \frac{x^3}{6} + O(x^5).
\]
将此代入 $e^{\sin x}$ 的泰勒级数中,我们得到:
\[
e^{\sin x} = 1 + \sin x + \frac{\sin^2 x}{2} + \frac{\sin^3 x}{6} + O(\sin^4 x) = 1 + \left(x - \frac{x^3}{6} + O(x^5)\right) + \frac{\left(x - \frac{x^3}{6} + O(x^5)\right)^2}{2} + \frac{\left(x - \frac{x^3}{6} + O(x^5)\right)^3}{6} + O(x^4).
\]
简化到 $x^3$ 项,我们有:
\[
e^{\sin x} = 1 + x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^2}{2} + O(x^3).
\]
3. $\sqrt[3]{1+x^3}$ 的泰勒级数是:
\[
\sqrt[3]{1+x^3} = 1 + \frac{x^3}{3} + O(x^6).
\]
### 第2步:将泰勒级数代入极限
现在,将这些泰勒级数代入原始极限:
\[
\lim_{x\to0}\frac{e^x - e^{\sin x}}{\sqrt[3]{1+x^3} - 1} = \lim_{x\to0}\frac{\left(1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + O(x^4)\right) - \left(1 + x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^2}{2} + O(x^3)\right)}{\left(1 + \frac{x^3}{3} + O(x^6)\right) - 1}.
\]
### 第3步:简化表达式
简化分子:
\[
e^x - e^{\sin x} = \left(1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + O(x^4)\right) - \left(1 + x - \frac{x^3}{6} + \frac{x^2}{2} + O(x^3)\right) = \frac{x^3}{6} + \frac{x^3}{6} + O(x^4) = \frac{x^3}{3} + O(x^4).
\]
简化分母:
\[
\sqrt[3]{1+x^3} - 1 = \left(1 + \frac{x^3}{3} + O(x^6)\right) - 1 = \frac{x^3}{3} + O(x^6).
\]
### 第4步:计算极限
现在,极限变为:
\[
\lim_{x\to0}\frac{\frac{x^3}{3} + O(x^4)}{\frac{x^3}{3} + O(x^6)}.
\]
当 $x \to 0$ 时,高阶项 $O(x^4)$ 和 $O(x^6)$ 趋于零,因此极限简化为:
\[
\lim_{x\to0}\frac{\frac{x^3}{3}}{\frac{x^3}{3}} = 1.
\]
因此,极限是:
\[
\boxed{1}.
\]