n阶无穷小的求解需要通过极限比较的方法来确定。以下是具体步骤和注意事项:
一、基本定义
若函数$f(x)$满足:
$$
\lim_{x \to a} \frac{f(x)}{x^n} = C \neq 0
$$
则称$f(x)$是$x^n$的同阶无穷小;若$C=1$,则称等价无穷小(记作$a \sim b$)。
二、求解步骤
确定基本无穷小量 找出表达式中的最低次幂项,作为比较的基准。例如,对于$f(x) = x^4 - 2x^2$,基本无穷小量是$x^2$。
计算比值极限
计算$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x^n}$,其中$n$是基本无穷小量的次数。
- 若极限为0,则$f(x)$是$x^n$的高阶无穷小(即$(n+1)$阶或更高);
- 若极限为非零常数,则$f(x)$是$x^n$的同阶无穷小;
- 若极限为1,则$f(x)$与$x^n$等价。
特殊情况的处理
- 若基本无穷小量是$x$,则$x^n$是$n$阶无穷小;
- 若基本无穷小量是$\frac{1}{x}$,则$x^n$是$-n$阶无穷小。
三、示例分析
例1: 判断$x^4 - 2x^2$是$x^2$的几阶无穷小 $$ \lim_{x \to 0} \frac{x^4 - 2x^2}{x^2} = \lim_{x \to 0} (x^2 - 2) = -2 \neq 0 $$ 因此,$x^4 - 2x^2$是$x^2$的同阶无穷小。 例2
$$
\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1 + \tan^2 x)}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\tan^2 x}{x} = \lim_{x \to 0} x \cdot \frac{\tan x}{x} = 0
$$
由于极限为0,但$\tan x \sim x$,所以$\ln(1 + \tan^2 x)$是$x$的高阶无穷小(具体阶数需进一步分析)。
四、注意事项
等价无穷小替换需在乘除运算中谨慎使用,加减运算中需验证等价性;
复合函数可利用链式法则和等价无穷小逐步化简;
高阶无穷小在求极限时可简化表达式,但需注意阶数匹配。
通过以上方法,可以系统地判断无穷小的阶数,并在极限计算中简化问题。