У нас определение вводится как предел отношения функций равен константе.
Соответственно преподаватель хочет получить решение именно в таком виде.
Скажите преподавателю, что он категорически неправ (хотя лучше, конечно, не рисковать). Никто, находясь в трезвом рассудке, таким способом символ "О-большое" не понимает. Равенство предела константе -- это никакое не "О-большое" а эквивалентность (в одном из возможных пониманий, не очень распространённом).
Впрочим, если преподавателю ну очень уж приспичила именно эквивалентность, то ради бога, даже и с именно единичной константой. Пафос очень прост: по мере увеличения икса подынтегральный знаменатель начинает всё медленнее и медленнее меняться в сравнении с числителем, и асимптотически можно заменить знаменатель на просто его значение на левом пределе, вблизи которого, собственно, числитель в основном и сосредоточен.
Ну или (раз уж мы смотрим именно на ряд) ещё тупее: просто разложите на один шажок дальше. Тогда
-й член и будет давать асимптотику остатка -- ведь оценка поправки для этого расширенного разложения сверху у нас уже есть, и она много меньше
-го члена.