- •М.Ю. ДУХОН
- •Часть 2
- •МОСКВА – 2005
- •СВОЙСТВА ФУНКЦИЙ
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Свойства пределов числовых последовательностей
- •Примеры
- •Свойства бесконечно малых последовательностей
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Свойства предела функции
- •Примеры решения задач
- •Раскрытие неопределенностей
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Рекомендованная литература
- •Задачи для индивидуального выполнения
- •Правила дифференцирования
- •Производные основных элементарных функций
- •Логарифмическая функция
- •Показательная функция
- •Обратные тригонометрические функции
- •Производная функции, заданной параметрически
- •Логарифмическое дифференцирование
- •Производные высших порядков
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Связь между монотонностью функции и ее производной
- •Наибольшее и наименьшее значение функции
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Свойства неопределенного интеграла
- •Свойства определенного интеграла
- •Непосредственное интегрирование
- •Метод интегрирования по частям
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Задачи для самостоятельного решения
- •ДУХОН Михаил Юльевич
- •Часть 2
Функция f (x) называется бесконечно большой (т. е. стремится к бесконечности) при x → ∞, если для любого M > 0 суще-
ствует такое P > 0 , |
что для всех x, |
|
удовлетворяющих условию |
|||||
|
x |
|
> P , выполняется |
неравенство |
|
f (x) |
|
> M , т. е. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim f (x)= ∞.
x→∞
Свойства предела функции
Теорема 1.3.1. Если функция f (x) имеет предел при x → x0 (при x → ∞), то только один.
Теорема 1.3.2. Если функция имеет предел при x → x0 , то она ограничена в некоторой окрестности x0 .
Для вычисления пределов функций часто используются теоремы об арифметических операциях над пределами, аналогичных свойствам числовых последовательностей, сформулированным в теоремах 5 – 10.
Теорема 1.3.3. Предел постоянной равен ей самой:
lim c = c. |
(1.3.1) |
x→x0
В данном случае под постоянной мы понимаем стационарную функцию f (x)= c.
Теорема 1.3.4. Пусть lim f (x)= A и |
lim g (x)= B. Тогда: |
||||||
x→x |
( |
x→x0 |
|
) |
|
x→x0 |
|
f (x)+ g (x) |
= A + B. |
|
|||||
lim |
|
|
(1.3.2) |
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Теорема 1.3.5. Пусть lim f (x)= A и |
lim g (x)= B. Тогда: |
||||||
x→x |
( |
x→x0 |
|
) |
|
x→x0 |
|
f (x)− g (x) |
= A − B. |
|
|||||
lim |
|
|
(1.3.3) |
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Теорема 1.3.6. Пусть lim f (x)= A и |
lim g (x)= B. Тогда: |
||||||
x→x |
( |
x→x0 |
) |
|
|
x→x0 |
|
f (x) g (x) |
= A B. |
|
(1.3.4) |
||||
lim |
|
|
|
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
32
Следствием этой теоремы является следующее свойство пре-
делов:
Теорема 1.3.7. Постоянный множитель можно вынести за знак предела:
lim (kf (x))= kA, (1.3.5)
x→x0
где lim f (x)= A . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теорема 1.3.8. Пусть lim f (x)= A и |
lim g (x)= B. Тогда: |
||||||||||
x→x0 |
|
|
|
x→x0 |
|
||||||
lim |
f (x) |
|
= |
A |
, |
(1.3.6) |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
x→x0 g (x) |
|
B |
|
|
|||||||
если B ≠ 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теорема 1.3.9. Пусть f (x) – ограниченная функция, а g (x) |
|||||||||||
– бесконечно большая при x → x0 . Тогда |
|
|
|
|
|||||||
|
f (x) |
|
|
|
|
|
|||||
lim |
|
|
|
|
= 0. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
x→x0 |
g (x) |
|
|
|
|
|
|||||
Теорема 1.3.10. Пусть f (x) – бесконечно большая, а |
g (x) |
||||||||||
– ограниченная функция при x → x0 . Тогда |
|
|
|||||||||
|
f (x) |
|
|
|
|
|
|||||
lim |
|
|
|
|
= ∞. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||
x→x0 |
g (x) |
|
|
|
|
|
Примеры решения задач
Пример 1.3.1. Используя определение предела функции, дока-
зать, что lim (4 x − 3)= 1.
x→1
Доказательство. Пусть дано ε > 0. Рассмотрим неравенство
(4 x − 3)−1 < ε .
33
|
(4 x − 3)−1 |
|
< ε |
|
4 x − 4 |
|
< ε 4 |
|
x −1 |
|
< ε |
|
x −1 |
|
< |
ε . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом при δ = |
ε из неравенства |
|
x −1 |
|
< δ следует |
|||
|
|
|||||||
|
(4 x − 3)−1 |
|
< ε , |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
неравенство |
|
что в соответствии с определением |
||||||
предела функции означает, что |
lim (4 x − 3)= 1, что и требовалось |
|||||||
доказать. |
x→1 |
|||||||
|
|
|
|
|
Пример 1.3.2. Пользуясь свойствами пределов, найти
x − 3 lim . x→2 x + 1
Решение.
|
|
x − 3 |
|
|
lim (x − 3) |
|
lim (x)− lim (3) |
|
||
lim |
|
|
= |
x→2 |
= |
x→2 |
x→2 |
= |
||
2 x + 1 |
lim (2x + 1) |
lim (2x)+ lim (1) |
||||||||
x→2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
x→2 |
|
x→2 |
x→2 |
|
lim (x)− lim (3) |
2 − 3 |
|
1 |
. |
||
x→2 |
x→2 |
|
||||
|
= |
|
= − |
|
||
2 lim (x)+ lim (1) |
2 2 + 1 |
5 |
||||
x→2 |
x→2 |
|
|
|
|
При вычислении предела мы использовали теорему 1.3.8 (предел частного равен частному пределов); теоремы 1.3.4 и 1.3.5 (предел суммы (разности) равен сумме (разности) пределов); теорему 1.3.7 (постоянный множитель можно вынести за знак предела); теорему 1.3.3. (предел постоянной равен ей самой).
Пример 1.3.3. Пользуясь свойствами пределов, вычислить:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
+ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→2 |
|
|
− 3x + 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Решение. |
|
( |
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
) |
+ lim (1) |
|
|
|||||||||
lim |
|
|
x |
2 |
+ 1 |
|
|
lim |
x2 |
+ 1 |
|
|
|
|
|
lim |
x2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
x→2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→2 |
|
|
x→2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
||
2 x |
2 − 3 x |
|
lim (2x2 − 3x + |
2) |
lim |
(2x2 )− lim (3x)+ lim (2) |
|||||||||||||||||||||||||||
x→2 |
+ 2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→2 |
|
|
|
|
x→2 |
|
x→2 |
|
|||
= |
|
|
|
(limx→2 |
(x))2 + limx→2 (1) |
|
|
|
= |
|
|
|
2 |
2 + 1 |
|
= |
|
|
|
5 |
= |
5 |
. |
|
|||||||||
|
|
lim (x) |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 22 − 3 2 + 2 |
|
8 −6 + 2 |
4 |
|
||||||||||||||||||
2 |
|
|
− 3 lim (x)+ lim (2) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
(x→2 |
|
|
|
) |
x→2 |
x→2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34
Используя свойства пределов, мы по сути подставляем число x0 , к которому стремится переменная х, в функцию f (x) и преде-
лом ее при x → x0 является f (x0 ). Для непрерывной функции f (x) это верно, однако в ряде случаев возникают проблемы. Рас-
смотрим вычисление пределов при возникновении неопределенности на примерах.
Раскрытие неопределенностей
0
Неопределенность вида 0
x2 − 4 x + 3
Пример 1.3.4. Найти предел: lim 2 . x→3 x + x −12
Решение. Попробуем подставить x = 3 в функцию
f(x)= x2 − 4 x + 3 .
x2 + x −12
lim |
x2 |
− 4 x + 3 |
= |
32 − 4 3 + 3 |
= |
9 −12 + 3 |
= |
0 |
. |
||
x2 |
+ x −12 |
32 + 3 − |
12 |
9 + 3 −12 |
0 |
||||||
x→3 |
|
|
|
|
0
Мы получили неопределенность вида . Для того, чтобы
0
раскрыть эту неопределенность, разложим числитель и знаменатель дроби на множители. Если функция f (x), предел которой мы ищем,
является отношением двух многочленов, возможность такого разложения нам гарантирует теорема Безу, в соответствии с которой, если
x0 является корнем многочлена f (x), то он делится на x − x0 без
остатка. Действительно, поскольку
x2 − 4 x + 3 = (x −1)(x − 3)
и
x2 + x −12 = (x + 4)(x − 3),
получим:
35
lim |
x2 − 4 x + 3 |
= lim |
|
(x −1)(x − 3) |
= lim |
x −1 |
= |
3 −1 |
|
= |
|
2 |
. |
x2 + x −12 |
|
(x + 4)(x − 3) |
x + 4 |
3 + 4 |
|
7 |
|||||||
x→3 |
x→3 |
|
x→3 |
|
|
|
|
||||||
|
Напомним, |
что |
квадратный трехчлен |
ax2 + bx + c |
|
можно |
разложить на множители по формуле:
ax2 + bx + c = a (x − x1 )(x − x2 ),
где x1 и x2 – корни квадратного трехчлена.
|
|
|
|
Пример 1.3.5. Найти предел: lim |
|
|
|
x3 + 1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x2 |
|
+ 3x + 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
(x + 1)(x2 − x +1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= (−1)2 −(−1)+ 1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
lim |
|
|
x3 + 1 |
|
= lim |
= lim |
|
x2 − x +1 |
= |
|
3 |
= 3. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
+ 3x + 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||||||||||||||||||||||||
x→−1 x2 |
|
|
x→−1 |
(x + 1)(x + 2) |
|
x→−1 |
|
x + 2 |
|
|
|
−1 + 2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Пример 1.3.6. Найти предел: lim |
|
2 x + 3 − 3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→3 |
|
|
|
3 − x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
Попытка |
непосредственного вычисления предела |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
приводит нас к той же неопределенности |
0 |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
lim |
|
|
2 x + 3 − 3 |
= |
|
2 3 + 3 − 3 |
= |
9 − 3 |
= 0 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 − x |
|
|
|
|
|
3 − 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x→3 |
|
|
|
|
|
3 − 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
Здесь мы применим другой прием – умножим числитель и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
знаменатель дроби на выражение |
|
2 x + 3 + 3 , сопряженное числи- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
телю нашей дроби. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
lim |
|
|
2 x + 3 − 3 |
|
= lim |
( 2 x + 3 − 3)( 2 x + 3 + 3) |
= lim |
( 2 x + 3 )2 − 32 |
|
= |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
3 − x |
|
|
|
(3 − x)( 2 x + 3 |
+ 3) |
|
|
|
|
(3 − x)( |
2 x + 3 + 3) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
x→3 |
|
|
|
x→3 |
|
|
|
|
|
|
|
x→3 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
= lim |
|
2 x + 3 −9 |
|
|
|
= lim |
|
|
2 x −6 |
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
2 (x − 3) |
|
|
|
|
= |
||||||||||||||||
(3 − x)( |
2 x + 3 + 3) |
(3 − x)( |
|
|
|
|
|
|
|
3) |
|
− x)( 2 x + 3 + |
3) |
|
|||||||||||||||||||||||||||
x→3 |
x→3 |
|
2 x + 3 + |
|
x→3 (3 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
= −lim |
2 |
|
|
|
|
= − |
|
2 |
|
|
= − |
|
2 |
|
= − |
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
2 x + 3 + 3 |
|
|
|
|
|
9 + |
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
x→3 |
|
|
|
2 3 + 3 + 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36
|
|
Пример 1.3.7. Найти предел: |
lim |
|
3 x −1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
− |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3 x −1)(3 x2 + 3 x + 1) |
( x + 1) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
3 |
x −1 |
|
3 1 −1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
lim |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= |
0 |
= lim |
( |
x −1)( |
x + 1)(3 x2 + 3 x + 1) |
= |
|
|
|||||||||||||||||||
|
x −1 |
|
|
1 −1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
x→1 |
|
|
|
|
x→1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
= lim |
(x −1) |
( |
|
x + 1 |
) |
|
= lim |
|
|
|
x + 1 |
|
= |
|
|
|
|
1 + 1 |
|
= |
2 |
. |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
(x −1)( |
|
x |
|
+ |
|
x |
+ 1) |
|
x |
|
+ |
|
|
x |
+ 1 |
|
1 |
|
+ |
|
1 + 1 |
|
||||||||||||||||
x→1 |
3 |
2 |
3 |
|
x→1 3 |
2 |
|
3 |
3 |
2 |
3 |
3 |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Неопределенность вида |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Пример 1.3.8. Найти предел: |
lim |
x2 |
− 2 x + 5 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
+ 5 x − |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→∞ x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Решение. При x → ∞ многочлен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
a0 xn + a1 xn−1 + a2 xn−2 + ...+ an−1 x + an |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
стремится к |
+∞ (если |
a0 |
> 0 ) |
либо к−∞ (приa0 > 0 ) и, |
следова- |
∞
тельно, мы получим неопределенность ∞ . Для того чтобы раскрыть
эту неопределенность (а следовательно вычислить предел), следует разделить числитель и знаменатель дроби на x2 (вообще говоря де-
лить следует на xn , где п – степень многочлена, находящегося в знаменателе).
|
x2 − 2 x + 5 |
|
|
x2 |
|
− |
2 x |
+ |
|
5 |
|
|
1 |
− |
2 |
+ |
5 |
|
1 −0 +0 |
|
|
lim |
= lim |
|
x2 |
|
x2 |
|
x2 |
|
= lim |
x |
x2 |
= |
= 1. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
3 |
|
||||||
x→∞ x2 + 5 x − 3 |
x→∞ x2 |
|
+ |
5 x |
− |
|
3 |
|
x→∞ 1 |
+ |
|
− |
|
1 +0 −0 |
|
||||||
|
|
|
x |
|
x2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
x2 |
|
x2 |
|
x2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
37
При вычислении пределов lim |
1 |
= 0 |
и lim |
1 |
= 0 мы вос- |
|
|
||||
x→∞ x |
|
x→∞ x2 |
|
||
пользовались теоремой 1.3.9. |
|
|
|
|
|
|
Пример 1.3.9. Найти предел: lim |
|
x3 + 2 x2 − 3x + 1 |
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 x2 + x −1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
|
|
2 x2 |
|
3x |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
x3 + 2 x2 − 3x + 1 |
= lim |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
= lim |
x + 2 − |
|
+ |
|
|
|
= +∞. |
||||||||||||||||||||||||||||
lim |
x2 |
x2 |
|
|
|
x2 |
|
x2 |
x |
x2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
x→∞ |
|
2 x2 + x −1 |
|
|
|
x→∞ |
|
|
|
|
2 x2 |
+ |
|
|
|
x |
|
− |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
x→∞ |
2 + |
|
|
1 |
− |
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
x2 |
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
При вычислении предела мы воспользовались теоремой |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.3.10 (числитель стремится к ∞ , а знаменатель – к числу 2). |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Пример 1.3.10. Найти предел: lim |
|
2 x |
2 − 4 x −7 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3x |
3 +6 x + 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 x2 |
|
4 x |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
4 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
2 x2 − 4 x −7 |
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
− |
|
|
|
= lim |
|
|
− |
|
|
|
− |
|
|
|
|
= 0 −0 −0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
lim |
|
= lim |
|
x3 |
|
|
x3 |
x3 |
x |
x2 |
|
x3 |
|
|
= 0. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x→∞ 3x3 +6 x + 5 |
|
|
x→∞ |
|
3x3 |
|
+ |
|
6 x |
+ |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
x→∞ 3 |
+ |
6 |
|
+ |
5 |
|
3 +0 +0 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
|
|
|
|
|
x3 |
|
|
x3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
Результаты, полученные в ходе решения примеров 1.3.8 – |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.3.10, можно обобщить: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Теорема 1.3.11. Пусть нужно вычислить предел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
lim |
|
|
a |
0 |
xn |
+ a |
1 |
xn−1 + a |
2 |
xn−2 |
+ ...+ a |
n−1 |
x + a |
n |
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ ...+ b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
x→∞ b xm + b xm−1 + b xm−2 |
|
|
x + b |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m−1 |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
Возможны три случая:
1)Если n > m, то предел равен ∞.
2)Если n < m, то предел равен 0.
38
3) Если n = m, то предел равен a0 . b0
∞
Неопределенность вида может возникнуть не только
∞
при вычислении предела отношения многочленов.
|
|
Пример 1.3.11. Найти предел: lim |
|
|
x2 − 2 x −1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
3 x2 |
+ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Решение. Несложно убедиться, что мы имеем дело с неопре- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
деленностью вида |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Степень |
переменной x в знаменателе |
равна |
|
2 |
. |
|
Разделим |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
числитель и знаменатель дроби на x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
3 |
. Получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
2 x |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 3 − |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
x2 − 2 x −1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|||||||||||||||||||
lim |
|
|
= lim |
|
|
x 3 |
|
x 3 |
|
|
|
x |
3 |
|
= lim |
|
|
|
|
|
x |
3 |
|
|
|
x |
3 |
|
= |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
x→∞ 3 x2 + 1 |
|
|
x→∞ |
3 |
x2 |
|
+ |
|
1 |
|
|
|
|
x→∞ |
3 1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
3 x2 |
− |
2 |
|
− |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
= lim |
|
|
|
3 |
x2 |
|
= +∞, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3 |
1 |
+ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
x→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2
так как числитель стремится к +∞, а знаменатель – к числу 1.
К этому выводу можно было прийти сразу, если обобщить результат теоремы 1.3.11.
39
Действительно, степень переменной x в числителе равна 1, а
в знаменателе 23 и, так как степень переменной x в числителе выше,
предел бесконечен.
Неопределенность вида {∞ −∞}. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
Пример 1.3.12. Найти предел: lim |
|
|
− |
|
|
|
. |
|
x |
2 |
−1 |
||||
x→1 |
x −1 |
|
|
|
Решение. Знаменатель каждой из дробей стремится к нулю и, следовательно, оба слагаемых стремятся к бесконечности. Мы полу-
чаем неопределенность вида {∞ −∞}. Раскрыть эту неопределенность можно, приведя эти дроби к общему знаменателю.
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
x + 1 − 2 |
|
|
|||||
lim |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
= |
|||||
|
|
|
|
x |
2 |
|
− |
|
|
||||||||||||||
x→1 x −1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
x→1 |
|
(x −1)(x + 1) |
|
||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
= lim |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
+ 1 |
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
x→1 |
x + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 1.3.13. Найти предел: limx→∞ (x −
|
x −1 |
|
|
lim |
|
|
= |
|
|||
x→1 |
(x −1)(x + 1) |
|
2 x − 3 ).
Решение. Очевидно, как первое, так и второе слагаемое стремятся к бесконечности, т. е. мы имеем дело с неопределенностью ви-
да {∞ −∞}. Для того, чтобы раскрыть ее, умножим и разделим функцию на выражение x + 2 x − 3 , сопряженное функции, предел
которой мы ищем. |
|
|
|
(x − 2 x − 3 )(x + 2 x − 3 ) |
|
|||||||
lim x − |
2 x − 3 |
= lim |
= |
|||||||||
|
|
x + 2 x − |
3 |
|||||||||
x→∞ ( |
|
|
) |
x→∞ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
x2 −( |
2 x − 3 )2 |
|
x2 |
− 2 x + 3 |
|
|
|
||||
= lim |
|
|
|
|
= lim |
|
|
. |
|
|
||
|
x + |
|
|
|
2 x − 3 |
|
|
|||||
x→∞ |
2 x − 3 |
x→∞ x + |
|
|
|
40
Предел, который мы получили, все еще является неопреде-
∞
ленностью, но уже другого типа – . Поскольку степень пере-
∞
менной x в числителе равна 2, а в знаменателе равна 1, то (см. теорему 1.3.11) предел бесконечен, т. е.
lim |
x2 |
− 2 x + 3 |
= +∞. |
|
2 x − 3 |
||
x→∞ x + |
|
Использование свойств бесконечно малых для вычисле-
ния пределов. Функция α (x) называется бесконечно малой при
x → x0 , если lim α (x)= 0.
x→x0
Бесконечно малые функции α (x) и β (x) сравнивают между собой с помощью вычисления предела их отношения.
Пусть функции α (x) и β (x) являются бесконечно малыми
при x → x0 .
Функция α (x) называется бесконечно малой высшего по-
рядка чем β (x), если
α (x) lim ( ) = 0.
x→x0 β x
Функция α (x) называется бесконечно малой низшего поряд-
ка чем β (x), если
α (x)
lim ( ) = ∞.
x→x0 β x
Функция α (x) называется бесконечно малой того же поряд-
ка, что и β (x), если
41
α (x)
lim ( ) = c ≠ 0.
x→x0 β x
Если
α (x) lim ( ) = 1,
x→x0 β x
то бесконечно малые α (x) |
и β (x) называются эквивалентными. |
Этот факт обозначается α (x) |
β (x). |
Аналогично можно сравнивать и бесконечно большие функ-
ции.
Теорема 1.3.12. (Принцип замены эквивалентными). При нахождении предела дроби бесконечно малые (или бесконечно большие) функции, стоящие в числителе и знаменателе, можно заменять эквивалентными бесконечно малыми (или бесконечно большими), т.
е. если α (x) α1 (x) и β (x) |
β1 (x) при x → x0 , то |
|||||||||||||
lim |
|
α (x) |
= lim |
α1 |
(x) |
= lim |
α (x) |
= lim |
α1 |
(x) |
. |
|||
|
β (x) |
|
|
(x) |
β1 (x) |
β1 |
|
|||||||
x→x0 |
|
x→x0 |
|
β |
x→x0 |
x→x0 |
(x) |
|||||||
Теорема 1.3.13. Пусть α (x)→ 0 при |
x → x0 . Тогда имеют |
|||||||||||||
место следующие эквивалентности: |
|
|
ln(1 +α (x)) |
|||||||||||
sinα (x) tgα (x) |
arcsinα (x) |
arctgα (x) eα(x) −1 |
||||||||||||
(1 +α (x))p −1 |
α (x). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Одно из утверждений теоремы 1.3.13 называется первым за- |
||||||||||||||
мечательным пределом: |
|
|
|
sinα (x) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
lim |
= 1, |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
α (x) |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|||||
если α (x) |
является бесконечно малой при x → x0 . |
|
|
|
42
Пример 1.3.14. Найти предел: lim tgx .
x→0 x
|
Решение. В соответствии |
с |
теоремой |
1.3.13 |
|
при |
x → 0 |
||||||||||||||||||||||||||
tgx x . Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
lim tgx |
= lim |
x |
|
= lim 1 = 1. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
x→0 |
|
x |
|
x→0 |
x→0 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arcsin |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Пример 1.3.15. Найти предел: |
lim |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
tg2 x |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x → 0 |
|||||
|
Решение. В соответствии с |
теоремой |
1.3.13 |
|
при |
||||||||||||||||||||||||||||
arcsin |
x |
|
|
x |
и tg2 x |
2 x . Следовательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
arcsin |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
lim |
3 |
|
= lim |
|
3 |
|
|
= |
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
x→0 |
|
tg2 x |
x→0 2 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Пример 1.3.16. Найти предел: |
lim |
|
ln2 (1 + 2 x) |
. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
sin2 |
6 x |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
Решение. В соответствии с |
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x → 0 |
||||||||||||||||||||||
|
теоремой |
1.3.13 |
|
при |
|||||||||||||||||||||||||||||
ln(1 + 2 x) |
|
2 x и sin6 x |
6 x. Следовательно |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
lim |
ln2 (1 + 2 x) |
|
= lim |
(2 x)2 |
= lim |
|
4 x2 |
|
= lim |
1 |
= 1 . |
|
||||||||||||||||||||
|
|
(6 x)2 |
36 x2 |
|
9 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
x→0 |
|
sin2 6 x |
|
x→0 |
x→0 |
|
|
|
|
x→0 |
9 |
|
||||||||||||||||||||
|
Пример 1.3.17. Найти предел: |
lim |
|
|
|
sin2 3x |
. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
1 |
−cos 5 x |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→0 |
|
|
|
|
|
Решение. Перед тем, как вычислять предел, преобразуем знаменатель дроби:
1 −cos 5 x = 1 −1 + 2 sin2 52x = 2 sin2 52x .
Подставив это выражение в знаменатель дроби, получим:
43
lim |
sin2 3x |
= |
1 |
lim |
(3x)2 |
= |
1 |
lim |
9 x2 |
= |
18 . |
||
|
2 5 x |
|
5 x 2 |
|
25 x2 |
||||||||
x→0 |
2 sin |
|
2 x→0 |
|
2 x→0 |
|
25 |
||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Теорема 1.3.14. (Второй замечательный предел).
|
1 |
x |
1 |
|
||
|
|
|||||
lim 1 + |
|
|
|
= lim (1 + x) |
|
= e. (1.3.7) |
|
|
|
x |
|||
|
|
|||||
x→∞ |
x |
|
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|||
Пример 1.3.18. Найти предел: lim |
1 |
+ |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
x −1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Решение. Для того, чтобы вычислить этот предел, сделаем за- |
||||||||||||||||||||||||||||||||
мену переменной: |
|
x −1 = t x = t + 1. Очевидно, |
что при |
x → ∞ |
||||||||||||||||||||||||||||
переменная t → ∞. |
|
={x = t + 1; limx→∞ t = ∞} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
1 t +1 |
|
|||||||||||||||||||
limx→∞ 1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
= limt→∞ |
|
1 + |
|
t |
|
= |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1 + |
1 |
t |
|
|
1 + |
1 |
= lim |
|
1 + |
1 |
t |
lim |
|
1 + |
1 |
|
. |
|
||||||||||||
= lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
t →∞ |
|
|
t |
|
|
|
t |
|
t→∞ |
|
|
t |
|
t→∞ |
|
|
t |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В соответствии с теоремой 1.3.14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + |
1 |
t |
= e. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Второй предел вычисляется просто: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
|
1 |
= 1 |
+0 = 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t→∞ |
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С учетом этого продолжим вычисление предела: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
lim |
|
1 |
+ |
1 |
t |
|
1 |
|
+ |
1 |
|
= e |
1 = e. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
t |
|
lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
t→∞ |
|
|
|
|
t→∞ |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
44