在数学中,当极限 \( x \) 趋近于0时,表达式 \( x^x \) 看似矛盾地等于1,实际上这是由于指数函数和对数函数的连续性所导致的结果。下面是详细的解释:
首先,将 \( x^x \) 转化为指数形式,可以写成 \( e^{x \ln x} \)。接下来,我们分析这个极限:
1. 对数函数:当 \( x \) 接近0时,\( \ln x \) 的值是负无穷大(即 \( \ln x \to -\infty \))。
2. 指数函数:虽然 \( \ln x \) 趋于负无穷,但由于指数函数 \( e^y \) 在 \( y \) 趋于负无穷时,其值趋于0(即 \( e^{-\infty} \to 0 \))。
所以,\( e^{x \ln x} \) 实际上变成了 \( e^{-\infty} \),即趋近于0。
然而,这里的“趋近于0”是一个复杂的情况。实际上,当我们使用对数函数的泰勒展开近似时,\( \ln x \) 可以近似为 \( \ln x \approx -x - x^2/2 - \ldots \)。因此,\( x \ln x \) 可以近似为 \( -x^2/2 - \ldots \),这使得 \( x^x \) 可以近似为 \( e^{-x^2/2} \)。
当 \( x \) 趋近于0时,\( -x^2/2 \) 也趋近于0,因此 \( e^{-x^2/2} \) 趋近于 \( e^0 = 1 \)。
总结来说,虽然 \( \ln x \) 在 \( x \) 趋近于0时趋于负无穷,但 \( e^{x \ln x} \) 由于指数函数的特性,最终趋近于1。
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