Tìm tất cả các giá trị của a để \[\mathop {\lim }\limits_{x \to 0} \left( {\frac{{\ln \left( {a{x^2} + x + 1} \right) - x}}{{{x^2}}}} \right) = 1\]
Trả lời:
Đáp án đúng: A
Để giải bài toán tìm giới hạn này, ta sử dụng khai triển Taylor (Maclaurin) cho hàm ln(1+u) khi u tiến đến 0: ln(1+u) = u - u^2/2 + o(u^2). Trong bài toán này, ta có u = ax^2 + x. Như vậy:
ln(ax^2 + x + 1) = ln(1 + (ax^2 + x)) = (ax^2 + x) - (ax^2 + x)^2/2 + o(x^2) = x + ax^2 - x^2/2 + o(x^2)
Do đó:
(ln(ax^2 + x + 1) - x) / x^2 = (x + ax^2 - x^2/2 + o(x^2) - x) / x^2 = (ax^2 - x^2/2 + o(x^2)) / x^2 = a - 1/2 + o(1)
Khi x -> 0, thì o(1) -> 0. Vậy:
lim (x->0) (ln(ax^2 + x + 1) - x) / x^2 = a - 1/2
Theo đề bài, giới hạn này bằng 1, suy ra:
a - 1/2 = 1
a = 3/2
Vậy đáp án đúng là A: a = 3/2.