微积分学示例

$lim_{x \to \infty} {(1 + x)}^{\frac{3}{x}}$

解题步骤 1

使用对数的性质化简极限。

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解题步骤 1.1

将 ${(1 + x)}^{\frac{3}{x}}$ 重写为 $e^{\ln ({(1 + x)}^{\frac{3}{x}})}$ 。

$lim_{x \to \infty} e^{\ln ({(1 + x)}^{\frac{3}{x}})}$

解题步骤 1.2

通过将 $\frac{3}{x}$ 移到对数外来展开 $\ln ({(1 + x)}^{\frac{3}{x}})$ 。

$lim_{x \to \infty} e^{\frac{3}{x} \ln (1 + x)}$

解题步骤 2

计算极限值。

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解题步骤 2.1

将极限移入指数中。

$e^{lim_{x \to \infty} \frac{3}{x} \ln (1 + x)}$

解题步骤 2.2

组合 $\frac{3}{x}$ 和 $\ln (1 + x)$ 。

$e^{lim_{x \to \infty} \frac{3 \ln (1 + x)}{x}}$

解题步骤 2.3

因为项 $3$ 对于 $x$ 为常数，所以将其移动到极限外。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\ln (1 + x)}{x}}$

解题步骤 3

运用洛必达法则。

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解题步骤 3.1

计算分子和分母的极限值。

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解题步骤 3.1.1

取分子和分母极限值。

$e^{3 \frac{lim_{x \to \infty} \ln (1 + x)}{lim_{x \to \infty} x}}$

解题步骤 3.1.2

当对数趋于无穷大时，值趋于 $\infty$ 。

$e^{3 \frac{\infty}{lim_{x \to \infty} x}}$

解题步骤 3.1.3

首项系数为正数的多项式在无穷远处的极限为无穷大。

$e^{3 \frac{\infty}{\infty}}$

解题步骤 3.1.4

无穷大除以无穷大无意义。

无定义

$e^{3 \frac{\infty}{\infty}}$

解题步骤 3.2

因为 $\frac{\infty}{\infty}$ 是不定式，所以应该应用洛必达法则。洛必达法则表明，函数的商的极限等于它们导数的商的极限。

$lim_{x \to \infty} \frac{\ln (1 + x)}{x} = lim_{x \to \infty} \frac{\frac{d}{d x} [\ln (1 + x)]}{\frac{d}{d x} [x]}$

解题步骤 3.3

求分子和分母的导数。

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解题步骤 3.3.1

对分子和分母进行求导。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{d}{d x} [\ln (1 + x)]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.2

使用链式法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ 等于 $f' (g (x)) g' (x)$ ，其中 $f (x) = \ln (x)$ 且 $g (x) = 1 + x$ 。

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解题步骤 3.3.2.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $1 + x$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{d}{d u} [\ln (u)] \frac{d}{d x} [1 + x]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.2.2

$\ln (u)$ 对 $u$ 的导数为 $\frac{1}{u}$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{u} \frac{d}{d x} [1 + x]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.2.3

使用 $1 + x$ 替换所有出现的 $u$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{1 + x} \frac{d}{d x} [1 + x]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.3

根据加法法则， $1 + x$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x]$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{1 + x} (\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x])}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.4

因为 $1$ 对于 $x$ 是常数，所以 $1$ 对 $x$ 的导数为 $0$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{1 + x} (0 + \frac{d}{d x} [x])}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.5

将 $0$ 和 $\frac{d}{d x} [x]$ 相加。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{1 + x} \frac{d}{d x} [x]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.6

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{1 + x} \cdot 1}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.7

将 $\frac{1}{1 + x}$ 乘以 $1$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{1 + x}}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.8

重新排序项。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{x + 1}}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.9

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{\frac{1}{x + 1}}{1}}$

解题步骤 3.4

将分子乘以分母的倒数。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{1}{x + 1} \cdot 1}$

解题步骤 3.5

将 $\frac{1}{x + 1}$ 乘以 $1$ 。

$e^{3 lim_{x \to \infty} \frac{1}{x + 1}}$

解题步骤 4

由于它的分子接近实数，而分母是无穷大，所以分数 $\frac{1}{x + 1}$ 趋于 $0$ 。

$e^{3 \cdot 0}$

解题步骤 5

化简答案。

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解题步骤 5.1

将 $3$ 乘以 $0$ 。

$e^{0}$

解题步骤 5.2

任何数的 $0$ 次方都是 $1$ 。

$1$

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