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Calculus · real student question

先说明 lim(x→+∞) ln x / √x 属于哪种不定式,再用洛必达法则求出这个极限。

Question

先说明下面这个极限属于哪种不定式,再用洛必达法则求出它。

lim⁡x→+∞ln⁡xx\lim_{x\to+\infty}\frac{\ln x}{\sqrt{x}}

Step-by-step solution

  1. 判断不定式的类型。 当 x→+∞x\to+\infty 时,ln⁡x→+∞\ln x \to +\infty,x→+∞\sqrt{x} \to +\infty,所以这个商是 ∞∞\dfrac{\infty}{\infty} 型。它正是洛必达法则可以直接处理的两种类型之一。

  2. 分子、分母分别求导。 洛必达法则是把 fg\dfrac{f}{g} 换成 f′g′\dfrac{f'}{g'}——这不是商的求导法则,把两者搞混是最经典的错误:

    f(x)=ln⁡x⇒f′(x)=1x,g(x)=x1/2⇒g′(x)=12x−1/2=12xf(x) = \ln x \Rightarrow f'(x) = \frac{1}{x}, \qquad g(x) = x^{1/2} \Rightarrow g'(x) = \frac{1}{2}x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x}}

  3. 写出新的商并化简。

    f′(x)g′(x)=1/x1/(2x)=2xx=2x\frac{f'(x)}{g'(x)} = \frac{1/x}{1/(2\sqrt{x})} = \frac{2\sqrt{x}}{x} = \frac{2}{\sqrt{x}}

    这一步化简才是法则真正见效的地方:新式子已经不再是不定式了。

  4. 求极限。

    lim⁡x→+∞2x=0\lim_{x\to+\infty}\frac{2}{\sqrt{x}} = 0

    所以原极限也是 00。用一次法则就够了。

  5. 解读这个结果。 它就是那句标准结论:对数的增长比 xx 的任何正次幂都慢,即对每个 p>0p > 0 都有 ln⁡x=o(xp)\ln x = o(x^{p})。这里 p=12p = \tfrac12,同样的论证对任何 pp 都成立。

  6. 数值验证。 取 x=104x = 10^4:ln⁡104104=9.2103100=0.092103\dfrac{\ln 10^4}{\sqrt{10^4}} = \dfrac{9.2103}{100} = 0.092103。取 x=108x = 10^8:18.4207104=0.00184207\dfrac{18.4207}{10^4} = 0.00184207。取 x=1016x = 10^{16}:36.8414108=3.68×10−7\dfrac{36.8414}{10^8} = 3.68\times10^{-7} ✓——一路递减趋向 00,符号计算给出的极限也正好是 00。

Answer

00

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