等价无穷小替换公式是微积分中用于简化计算过程的一种方法,通过将复杂的函数或表达式替换为更简单的等价形式。以下是一些常用的等价无穷小替换公式:
基本等价无穷小替换
当 \( x \to 0 \) 时:
\( \sin x \sim x \)
\( \tan x \sim x \)
\( \arcsin x \sim x \)
\( \arctan x \sim x \)
\( e^x - 1 \sim x \)
\( \ln(1 + x) \sim x \)
\( 1 - \cos x \sim \frac{1}{2}x^2 \)
幂函数的等价无穷小替换
当 \( x \to 0 \) 时:
\( (1 + bx)^a - 1 \sim abx \)
\( (1 + x)^{1/n} - 1 \sim \frac{1}{n}x \)
对数函数的等价无穷小替换
当 \( x \to 0 \) 时:
\( \log_a(1 + x) \sim \frac{x}{\ln a} \)
复合函数的等价无穷小替换
当 \( x \to 0 \) 时:
\( 1 - \cos(x^2) \sim \frac{1}{2}x^4 \)
其他特定情况下的等价无穷小替换
当 \( x \to -\infty \) 时:
\( -\ln(1 + x) \sim \ln(-x) \)
\( -e^{x} - 1 \sim -e^x \)
\( -x^a \sim 0 \) (其中 \( a \) 是常数)
使用等价无穷小替换的注意事项:
适用条件:
等价无穷小替换只能在求极限的过程中使用,特别是当分子和分母都趋向于0或无穷大时。
替换范围:
一般情况下,等价无穷小替换适用于乘除运算,不适用于加减运算。
误差分析:
虽然等价无穷小替换可以简化计算,但可能会引入一定的误差。因此,在使用时需要仔细分析误差,确保结果的准确性。
示例:
求极限 \( \lim_{x \to 0} \frac{\sin(2x)}{3x} \):
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\sin(2x)}{3x} = \lim_{x \to 0} \frac{2x}{3x} = \frac{2}{3}
\]
这里我们直接使用了等价无穷小替换 \( \sin x \sim x \)。
通过掌握这些等价无穷小替换公式,可以大大简化极限计算的过程,提高解题效率。