确定无穷小的主部是微积分中分析函数极限行为的重要方法。主部是指在自变量趋于某个极限点时,函数趋于零的速度最快的项,即最高阶的无穷小项。以下是确定主部的常用方法及要点:
一、定义与符号表示
若函数 $f(x)$ 在 $x to a$ 时为无穷小量,且存在正整数 $k$ 使得:
$$f(x) = O((x-a)^k)$$
则称 $(x-a)^k$ 为 $f(x)$ 的主部,$k$ 称为 $f(x)$ 的阶数。
二、常用方法
泰勒展开(带皮克定理) 若函数在某点可导,可展开为泰勒级数:
$$f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + cdots$$
取前 $n$ 项作为主部,例如 $n=1$ 时,$f(x) sim f(a) + f'(a)(x-a)$。
洛必达法则
对于 $frac{0}{0}$ 或 $frac{infty}{infty}$ 型极限,通过分子分母分别求导简化计算,再确定主部。
等价无穷小替换
若两个无穷小量趋于零的速度相同,可相互替换。例如 $x to 0$ 时,$sin x sim x$,$tan x sim x$ 等。
高阶无穷小忽略法
若存在比所求主部更高阶的无穷小项,可忽略这些项以简化计算。
三、具体应用示例
阶数判断: 计算 $lim_{x to 0} frac{sin x - x}{x^3}$,通过泰勒展开或洛必达法则可得 $sin x = x - frac{x^3}{6} + cdots$,故 $sin x - x sim -frac{x^3}{6}$,主部为 $x^3$。 复杂函数处理
四、注意事项
主部唯一性:若存在多个同阶无穷小,需通过求极限确定主导项。
零导数情况:若函数在某点导数为零,需用更高阶导数或洛必达法则判断。
通过以上方法,可系统地确定无穷小的主部,从而简化极限计算并分析函数行为。