下列函数中,当x arrow 0时,下列无穷小中最高阶的是( )A. x^3 + 2xB. 1 - cos^2 xC. x tan xD. (1 - cos x) sin^2 x
A. $x^3 + 2x$
B. $1 - \cos^2 x$
C. $x \tan x$
D. $(1 - \cos x) \sin^2 x$
题目解答
答案
解析
本题考查无穷小阶的比较,解题思路是先明确无穷小阶的定义,若$\lim\limits_{x \to x_0} \frac{\alpha(x)}{\beta(x)} = C$($C$为非零常数),则称当$x \to x_0$时,$\alpha(x)$与$\beta(x)$是同阶无穷小,其中$\beta(x)$的形式为$x^k$,$k$就是无穷小的阶数。然后分别找出各选项在$x \to 0$时的等价无穷小,进而确定其阶数,最后比较各选项阶数的大小。
选项A
对于$x^3 + 2x$,当$x \to 0$时,$x^3$是比$x$高阶的无穷小,根据等价无穷小的性质,当$x \to 0$时,$x^3 + 2x$中起主导作用的是$2x$,即$x^3 + 2x \sim 2x$。
根据无穷小阶的定义,$\lim\limits_{x \to 0} \frac{x^3 + 2x}{2x}=\lim\limits_{x \to 0} (\frac{x^2}{2} + 1)=1$,所以$x^3 + 2x$是$x$的同阶无穷小,其阶数为$1$。
选项B
对于$1 - \cos^2 x$,根据三角函数的平方关系$\sin^2 x + \cos^2 x = 1$,可得$1 - \cos^2 x = \sin^2 x$。
当$x \to 0$时,$\sin x \sim x$,那么$\sin^2 x \sim x^2$。
根据无穷小阶的定义,$\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sin^2 x}{x^2}=1$,所以$1 - \cos^2 x$是$x^2$的同阶无穷小,其阶数为$2$。
选项C
对于$x \tan x$,当$x \to 0$时,$\tan x \sim x$,所以$x \tan x \sim x \cdot x = x^2$。
根据无穷小阶的定义,$\lim\limits_{x \to 0} \frac{x \tan x}{x^2}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\tan x}{x}=1$,所以$x \tan x$是$x^2$的同阶无穷小,其阶数为$2$。
选项D
对于$(1 - \cos x) \sin^2 x$,当$x \to 0$时,$1 - \cos x \sim \frac{x^2}{2}$,$\sin x \sim x$,则$\sin^2 x \sim x^2$。
所以$(1 - \cos x) \sin^2 x \sim \frac{x^2}{2} \cdot x^2 = \frac{x^4}{2}$。
根据无穷小阶的定义,$\lim\limits_{x \to 0} \frac{(1 - \cos x) \sin^2 x}{\frac{x^4}{2}}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{x^2}{2} \cdot x^2}{\frac{x^4}{2}} = 1$,所以$(1 - \cos x) \sin^2 x$是$x^4$的同阶无穷小,其阶数为$4$。
比较各选项的阶数$1$、$2$、$2$、$4$,可得选项D的阶数最高。