题目
5.设f(x+1)=lim_(ntoinfty)((n+x)/(n-2))^n,则f(x)=( )A. e^x-1B. e^x+2C. e^x+1
5.设$f(x+1)=\lim_{n\to\infty}\left(\frac{n+x}{n-2}\right)^{n}$,则f(x)=( )
A. $e^{x-1}$
B. $e^{x+2}$
C. $e^{x+1}$
题目解答
答案
C. $e^{x+1}$
解析
本题考查函数表达式的求解以及重要极限公式$\lim\limits_{n \to \infty}(1 + \frac{1}{n})^n = e$的应用。解题的关键思路是先求出$\lim\limits_{n \to \infty}(\frac{n + x}{n - 2})^n$的表达式,再通过换元法得到$f(x)$的表达式。
- 化简$\lim\limits_{n \to \infty}(\frac{n + x}{n - 2})^n$:
- 对$\frac{n + x}{n - 2}$进行变形,$\frac{n + x}{n - 2}=\frac{n - 2 + 2 + x}{n - 2}=1+\frac{x + 2}{n - 2}$。
- 则$\lim\limits_{n \to \infty}(\frac{n + x}{n - 2})^n=\lim\limits_{n \to \infty}(1+\frac{x + 2}{n - 2})^n$。
- 令$t = n - 2$,则$n = t + 2$,当$n \to \infty$时,$t \to \infty$。
- 那么$\lim\limits_{n \to \infty}(1+\frac{x + 2}{n - 2})^n=\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^{t + 2}$。
- 根据指数运算法则进一步化简:
- 根据指数运算法则$a^{m+n}=a^m\times a^n$,可得$\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^{t + 2}=\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^t\times(1+\frac{x + 2}{t})^2$。
- 对于$\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^t$,令$u=\frac{t}{x + 2}$,则$t=(x + 2)u$,当$t \to \infty$时,$u \to \infty$。
- 所以$\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^t=\lim\limits_{u \to \infty}(1+\frac{1}{u})^{(x + 2)u}$。
- 再根据指数运算法则$(a^m)^n=a^{mn}$,可得$\lim\limits_{u \to \infty}(1+\frac{1}{u})^{(x + 2)u}=[\lim\limits_{u \to \infty}(1+\frac{1}{u})^u]^{x + 2}$。
- 由重要极限公式$\lim\limits_{u \to \infty}(1+\frac{1}{u})^u = e$,则$[\lim\limits_{u \to \infty}(1+\frac{1}{u})^u]^{x + 2}=e^{x + 2}$。
- 而$\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^2=(1 + 0)^2 = 1$。
- 所以$\lim\limits_{t \to \infty}(1+\frac{x + 2}{t})^t\times(1+\frac{x + 2}{t})^2=e^{x + 2}\times1 = e^{x + 2}$,即$f(x + 1)=e^{x + 2}$。
- 求$f(x)$的表达式:
- 令$t = x + 1$,则$x = t - 1$。
- 那么$f(t)=e^{(t - 1) + 2}=e^{t + 1}$。
- 因为函数的自变量可以用任意字母表示,所以$f(x)=e^{x + 1}$。