极限专题 / 等价无穷小
FOUNDATION · THEOREM · METHOD
← 返回极限专题
三基详解 · 极限专题

等价无穷小

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

设 α(x)、β(x) 在同一趋近过程中都趋于 0。若 lim[α(x)/β(x)]=1,则称 α、β 等价,记作 α~β。

α~β → 乘除替换 → 相减先展开

二、基本定理

条件与结论

等价替换定理:若 α~β,且替换发生在乘法或除法结构中、相关表达式有定义并且极限运算存在,则可用 β 替换 α;加减中的首项抵消不能由此推出。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 先写清趋近点和 α、β 的定义域。
  2. 只在乘除因子中替换,并保留未替换因子。
  3. 若出现相减或首项抵消,改用 Taylor 展开到首个非零项。

例题提示:例:sin x~x 不能推出 x−sin x~0;应展开 sin x=x−x³/6+O(x⁵),得 x−sin x~x³/6。

四、推广应用

综合题中的连接

等价关系可用于复合极限、参数极限和积分型极限,但要重新确认内层变量趋近的点和阶数。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:例:sin x~x 不能推出 x−sin x~0;应展开 sin x=x−x³/6+O(x⁵),得 x−sin x~x³/6。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

等价无穷小:从定义到应用α~β乘除替换相减先展开
等价无穷小的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

常用等价无穷小

sin u ~ u
tan u ~ u
arcsin u ~ u
arctan u ~ u
ln(1+u) ~ u
eu−1 ~ u
1−cos u ~ u²/2

条件:u→0。等价关系主要用于乘除结构;若出现在加减或相减中,要检查首项抵消。

场景:直接处理基本未定式,或先化简复合函数的局部因子。

常用 Taylor 展开

eu=1+u+u²/2!+u³/3!+O(u⁴)
sin u=u−u³/3!+O(u⁵)
cos u=1−u²/2!+u⁴/4!+O(u⁶)
ln(1+u)=u−u²/2+u³/3+O(u⁴)

条件:u→0,并根据题目需要保留足够阶数。

场景:首项抵消、要求精确阶数、估计误差或处理复合极限。

阶数与余项

f(u)=Pn(u)+O(un+1)
u=o(1) ⇒ O(um)=o(un)(m>n)

条件:展开点和变量趋近关系必须明确,不能把 O(uⁿ) 当成等式。

场景:判断哪一项主导、确认展开是否足够、控制相减后的首个非零项。

使用边界

“~”保留相对主导行为,“O(·)”控制误差阶。相减时优先使用 Taylor 展开,不要把两个等价式直接相减。