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114 學年度臺灣大學轉學生招生考試|第 70 題

微積分(B)

求下列極限(填最終答案)。
提示
對 1 - sin x / x 在 x→0 時做泰勒展開(≈ x²/6),取對數後分析指數 ln(底)/ln x 的極限。
正確答案

正解:7.3890560989(容差 ±0.01)

詳解

設 L = limx→0+ (1 - sin x / x)1/ln x,取對數:ln L = limx→0+ ln(1 - sin x / x) / ln x。

因 sin x = x - x³/6 + ⋯,故 1 - sin x / x = x²/6 - x⁴/120 + ⋯ = (x²/6)(1 - x²/20 + ⋯)。於是 ln(1 - sin x / x) = ln(x²/6) + ln(1 - x²/20 + ⋯) = 2 ln x - ln 6 + O(x²)。

除以 ln x:[2 ln x - ln 6 + O(x²)] / ln x = 2 - (ln 6)/ln x + O(x²/ln x)。當 x→0+ 時 ln x → -∞,故第二、三項皆 →0,得 ln L = 2。

因此 L = e² ≈ 7.389056。(數值收斂很慢,因 -(ln 6)/ln x 衰減極緩,但極限確為 e²。)

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