微积分学示例

$lim_{x \to 0} {\cos (x)}^{\frac{1}{x}}$

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 ${\cos (x)}^{\frac{1}{x}}$ 重写为 $e^{\ln ({\cos (x)}^{\frac{1}{x}})}$ 。

$lim_{x \to 0} e^{\ln ({\cos (x)}^{\frac{1}{x}})}$

解题步骤 1.2

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

$lim_{x \to 0} e^{\frac{1}{x} \ln (\cos (x))}$

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。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{1}{x} \ln (\cos (x))}$

解题步骤 2.2

组合 $\frac{1}{x}$ 和 $\ln (\cos (x))$ 。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{\ln (\cos (x))}{x}}$

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。

$e^{\frac{lim_{x \to 0} \ln (\cos (x))}{lim_{x \to 0} x}}$

解题步骤 3.1.2

计算分子的极限值。

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解题步骤 3.1.2.1

计算极限值。

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解题步骤 3.1.2.1.1

将极限移入对数中。

$e^{\frac{\ln (lim_{x \to 0} \cos (x))}{lim_{x \to 0} x}}$

解题步骤 3.1.2.1.2

把极限移到三角函数里，因为余弦是连续的。

$e^{\frac{\ln (\cos (lim_{x \to 0} x))}{lim_{x \to 0} x}}$

解题步骤 3.1.2.2

将 $0$ 代入 $x$ 来计算 $x$ 的极限值。

$e^{\frac{\ln (\cos (0))}{lim_{x \to 0} x}}$

解题步骤 3.1.2.3

化简答案。

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解题步骤 3.1.2.3.1

$\cos (0)$ 的准确值为 $1$ 。

$e^{\frac{\ln (1)}{lim_{x \to 0} x}}$

解题步骤 3.1.2.3.2

$1$ 的自然对数为 $0$ 。

$e^{\frac{0}{lim_{x \to 0} x}}$

解题步骤 3.1.3

将 $0$ 代入 $x$ 来计算 $x$ 的极限值。

$e^{\frac{0}{0}}$

解题步骤 3.1.4

该表达式包含分母 $0$ 。该表达式无定义。

无定义

$e^{\frac{0}{0}}$

解题步骤 3.2

因为 $\frac{0}{0}$ 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。

$lim_{x \to 0} \frac{\ln (\cos (x))}{x} = lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]}{\frac{d}{d x} [x]}$

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。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

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 $g (x) = \cos (x)$ 。

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解题步骤 3.3.2.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $\cos (x)$ 。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{d u} [\ln (u)] \frac{d}{d x} [\cos (x)]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.2.2

$\ln (u)$ 对 $u$ 的导数为 $\frac{1}{u}$ 。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{\frac{1}{u} \frac{d}{d x} [\cos (x)]}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.2.3

使用 $\cos (x)$ 替换所有出现的 $u$ 。

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

解题步骤 3.3.3

$\cos (x)$ 对 $x$ 的导数为 $- \sin (x)$ 。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{\frac{1}{\cos (x)} \cdot - 1 \sin (x)}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.4

组合 $\frac{1}{\cos (x)}$ 和 $\sin (x)$ 。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{- \frac{\sin (x)}{\cos (x)}}{\frac{d}{d x} [x]}}$

解题步骤 3.3.5

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 $n = 1$ 。

$e^{lim_{x \to 0} \frac{- \frac{\sin (x)}{\cos (x)}}{1}}$

解题步骤 3.4

将分子乘以分母的倒数。

$e^{lim_{x \to 0} - \frac{\sin (x)}{\cos (x)} \cdot 1}$

解题步骤 3.5

将 $- 1$ 乘以 $1$ 。

$e^{lim_{x \to 0} - \frac{\sin (x)}{\cos (x)}}$

解题步骤 4

计算极限值。

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解题步骤 4.1

因为项 $- 1$ 对于 $x$ 为常数，所以将其移动到极限外。

$e^{- lim_{x \to 0} \frac{\sin (x)}{\cos (x)}}$

解题步骤 4.2

当 $x$ 趋于 $0$ 时，利用极限的除法定则来分解极限。

$e^{- \frac{lim_{x \to 0} \sin (x)}{lim_{x \to 0} \cos (x)}}$

解题步骤 4.3

把极限移到三角函数里，因为正弦是连续的。

$e^{- \frac{\sin (lim_{x \to 0} x)}{lim_{x \to 0} \cos (x)}}$

解题步骤 4.4

把极限移到三角函数里，因为余弦是连续的。

$e^{- \frac{\sin (lim_{x \to 0} x)}{\cos (lim_{x \to 0} x)}}$

解题步骤 5

将 $0$ 代入所有出现 $x$ 的地方来计算极限值。

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解题步骤 5.1

将 $0$ 代入 $x$ 来计算 $x$ 的极限值。

$e^{- \frac{\sin (0)}{\cos (lim_{x \to 0} x)}}$

解题步骤 5.2

将 $0$ 代入 $x$ 来计算 $x$ 的极限值。

$e^{- \frac{\sin (0)}{\cos (0)}}$

解题步骤 6

化简答案。

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解题步骤 6.1

$\sin (0)$ 的准确值为 $0$ 。

$e^{- \frac{0}{\cos (0)}}$

解题步骤 6.2

$\cos (0)$ 的准确值为 $1$ 。

$e^{- \frac{0}{1}}$

解题步骤 6.3

用 $0$ 除以 $1$ 。

$e^{- 0}$

解题步骤 6.4

将 $- 1$ 乘以 $0$ 。

$e^{0}$

解题步骤 6.5

任何数的 $0$ 次方都是 $1$ 。

$1$

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