Question Number 68521 by naka3546 last updated on 13/Sep/19
$$\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\:\:\frac{\mathrm{4}\:\mathrm{sin}\:{x}\:+\:\mathrm{2}\:\mathrm{tan}\:{x}\:−\:\mathrm{6}{x}}{{x}^{\mathrm{5}} }\:\:=\:\:? \\ $$$${Without}\:\:{L}'{Hospital} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 13/Sep/19
$${sinx}\:=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)!}\:\Rightarrow{sinx}\:={x}−\frac{{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\:+\frac{{x}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{5}!}\:+{o}\left({x}^{\mathrm{7}} \right)\:\:\left({x}\rightarrow\mathrm{0}\right) \\ $$$${let}\:{t}\left({x}\right)={tanx}\:\Rightarrow{t}\left({x}\right)\:=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{t}^{\left({n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{{n}!}{x}^{{n}} \\ $$$$=\:+\frac{{t}^{'} \left(\mathrm{0}\right)}{!}{x}\:+\frac{{t}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{2}!}{x}^{\mathrm{2}} \:+\frac{{t}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{3}!}{x}^{\mathrm{3}} \:+\frac{{t}^{\left(\mathrm{4}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{4}!}{x}^{\mathrm{4}} +\frac{{t}^{\left(\mathrm{5}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{5}!}{x}^{\mathrm{5}} \:+{o}\left({x}^{\mathrm{7}} \right) \\ $$$${t}\left({x}\right)={tanx}\:\Rightarrow{t}^{\left(\mathrm{1}\right)} \left({x}\right)=\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\:\Rightarrow{t}^{\left(\mathrm{1}\right)} \left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{1} \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left({x}\right)\:=\mathrm{2}{tanx}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\:\Rightarrow{t}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left({x}\right)\:=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{tanx}\left(\mathrm{2}{tanx}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\right)\:\Rightarrow \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{2} \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left({x}\right)\:=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{tan}^{\mathrm{2}} {x}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{4}\right)} \left({x}\right)\:=\mathrm{4}\left(\mathrm{2}{tanx}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\right)+\mathrm{8}{tanx}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$+\mathrm{4}{tan}^{\mathrm{2}} {x}\left(\mathrm{2}{tanx}\right)\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\:\Rightarrow{t}^{\left(\mathrm{4}\right)} \left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{4}\right)} \left({x}\right)\:=\mathrm{8}{tanx}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)+\mathrm{8}{tanx}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$+\mathrm{8}{tan}^{\mathrm{3}} {x}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$${t}^{\left(\mathrm{5}\right)} \left({x}\right)\:=\mathrm{8}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{8}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{3}} \:\:+\mathrm{24}{tan}^{\mathrm{2}} {x}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$+\mathrm{8}{tan}^{\mathrm{3}} {x}\left(\mathrm{2}{tanx}\right)\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)\:\Rightarrow{t}^{\left(\mathrm{5}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{16}\:\Rightarrow \\ $$$${tanx}\:={x}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{x}^{\mathrm{3}} \:+\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}.\mathrm{4}.\mathrm{3}.\mathrm{2}}{x}^{\mathrm{5}} \:+{o}\left({x}^{\mathrm{7}} \right)={x}+\frac{{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{15}}{x}^{\mathrm{5}} \:+{o}\left({x}^{\mathrm{7}} \right)\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{4}{sinx}\:+\mathrm{2}{tanx}−\mathrm{6}{x}}{{x}^{\mathrm{5}} }\:=\frac{\mathrm{4}{x}−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}!}{x}^{\mathrm{3}} \:+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}!}{x}^{\mathrm{5}} \:+\mathrm{2}{x}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}{x}^{\mathrm{3}} \:+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{15}}{x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{6}{x}+{o}\left({x}^{\mathrm{7}} \right)}{{x}^{\mathrm{5}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}!}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{15}}\:+{o}\left({x}^{\mathrm{2}} \right)\:\Rightarrow{lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} \:\:\frac{\mathrm{4}{sinx}\:+\mathrm{2}{tanx}\:−\mathrm{6}{x}}{{x}^{\mathrm{5}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}!}\:+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{15}}\:=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}.\mathrm{4}.\mathrm{3}.\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{15}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{30}}\:+\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{30}}\:=\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{30}}\:=\frac{\mathrm{3}.\mathrm{3}}{\mathrm{3}.\mathrm{10}}\:=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{10}}\:. \\ $$