А.Н.Шерстнев - Математический анализ
..pdfeSLI f0 NEPRERYWNA NA (a; b), TO IZ 1-GO RAWENSTWA SLEDUET WTOROE, TAK KAK f0(x + h) = f0 (x) + o(1) (h ! 0). oDNAKO DLQ SPRAWEDLIWOSTI ( ) NE NEOBHODIMO, ^TOBY f0 BYLA NEPRERYWNOJ NA (a; b).
6. gEOMETRI^ESKIJ SMYSL FORMULY lAGRANVA: SU]ESTWUET WNUTREN- NQQ TO^KA OTREZKA, KASATELXNAQ W KOTOROJ PARALLELXNA STQGIWA@]EJ HOR- DE (SM. rIS. 10).
u P R A V N E N I Q. 7. sPRAWEDLIWA LI FORMULA KONE^NYH PRIRA]ENIJ lAGRANVA DLQ FUNKCII
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1 |
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2 , |
1 |
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1 |
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i |
nf g |
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f (x) = |
x sin x |
; ESLI x |
|
; |
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0 , |
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( 0; |
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ESLI x = h0? |
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8. pUSTX f : [a; b] |
! |
R OBLADAET SWOJSTWOM: |
DLQ L@BYH x1; x2 |
2 |
||||||||||
[a; b] (x1 < x2 ) SU]ESTWUET y 2 (x1; x2) TAKOE, ^TO f(x2),f (x1 ) = f0 (y)(x2 |
, |
|||||||||||||
x1). sLEDUET LI OTS@DA, ^TO f DIFFERENCIRUEMA NA (a; b)? |
|
9.pUSTX f DIFFERENCIRUEMA DLQ WSEH x 2 RI f(x +h),f (x) = f0(x)h PRI WSEH x; h 2 R. pOKAVITE, ^TO TOGDA f(x) = ax + b (x 2 R).
10.pUSTX f NEPRERYWNA NA PROMEVUTKE [a; b), DIFFERENCIRUEMA NA
(a; b), PRI^•EM SU]ESTWUET lim f0(x). pOKAVITE, ^TO W TO^KE a OPREDELENA
x!a+
PRAWAQ PROIZWODNAQ I f0(a+) = lim f0(x).
x!a+
61
priloveniq ponqtiq proizwodnoj
x33. pRAWILO lOPITALQ
1. pUSTX a 2 R I f; g OPREDELENY I DIFFERENCIRUEMY W NEKOTOROJ-OKRESTNOSTI U TO^KI a, PRI^•EM g(x); g0(x) 6= 0 I WYPOLNENO ODNO IZ USLOWIJ
(0=0)
(1=1)
lim f (x) = lim g(x) = 0;
x!a x!a
lim f(x) = lim g(x) = 1:
x!a x!a
tOGDA lim f(x) = lim |
f0(x) |
, |
KOLX SKORO SU]ESTWUET PREDEL (BYTX MO- |
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x!a g(x) |
x!a g0(x) |
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|||||||
VET, NESOBSTWENNYJ) W PRAWOJ ^ASTI. pRAWILO WERNO TAKVE DLQ SLU- |
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^AEW |
a = 1; 1; x ! a . |
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||||||||
rAZBEREM• NESKOLXKO TIPI^NYH SLU^AEW. |
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10: |
(0=0); U |
= (a; ); x |
! a+. oPREDELIM FUNKCII f I g W TO^KE |
||||||||||||||||||||||
a : f (a) = g(a) = 0. tOGDA f I g NEPRERYWNY W a I PRIMENIMA TEOREMA |
|||||||||||||||||||||||||
kO[I 32.2 K OTREZKU [a; x] (x < ). sLEDOWATELXNO, |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
f (x) = f (x) , f (a) |
= f0(c) |
(a < c < x; c = c(x)); |
|||||||||||||||||||||
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|
g(x) |
g(x) , g(a) |
|
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g0 (c) |
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||||||||||||||
TO ESTX |
lim f(x) |
= |
|
lim |
f0(c) |
|
= |
lim |
f0 (c) |
. |
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x a+ g(x) |
|
x |
! |
a+ g0(c) |
|
|
c |
! |
a+ g0 |
(c) |
|||||||||||||
0 |
0 |
! |
|
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|
|
|
! |
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||||||
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, |
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20 |
: |
(0=0); U |
= ( ; a); x |
|
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|
a |
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|
. rAZBIRAETSQ ANALOGI^NO. tEPERX IZ |
|||||||||||||||
1 I 2 |
UTWERVDENIE SLEDUET DLQ SLU^AQ |
||||||||||||||||||||||||
30: (0=0); U = (b; a) [ (a; c); x ! a. |
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0 |
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1 |
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1 |
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||
4 : |
(0=0); a = 1. pOLOVIM y = x |
. fUNKCII F (y) f (y ); G(y) |
g(y1) DIFFERENCIRUEMY W NEKOTOROJ -OKRESTNOSTI NULQ, PRI^<M G(y);
62
G0 |
6 |
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(y) = 0. tEPERX |
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|||
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lim F (y) |
= |
lim f (x) = 0; |
||||||||||
|
y!0 |
|
|
|
x!1 |
||||||||
|
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|
|
|
f0(y1)(, |
1 |
|
) |
|
||||
|
lim |
f0(x) |
= |
lim |
y2 |
||||||||
|
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|
1 |
|
1 |
|
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|||||
|
x!1 g0(x) |
|
y!0 g0( |
)(, |
) |
||||||||
|
|
y |
y2 |
= lim f(x) x!1 g(x)
lim G(y) = lim g(x) = 0; y!0 x!1
= lim |
F 0(y) |
= lim |
F (y) |
|
G0(y) |
G(y) |
|||
y!0 |
y!0 |
(W PREDPOSLEDNEM RAWENSTWE MY WOSPOLXZOWALISX UVE RAZOBRANNYM SLU- ^AEM (0=0) DLQ SOBSTWENNOJ TO^KI a = 0).
50: ( |
= |
); U = (a; ); |
|
x |
! |
a+. |
pUSTX |
lim f0 |
(x) |
= . dLQ x, |
||||||
1 1 |
|
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|
|
|
|
|
|
x!a+ g0 |
(x) |
|
||||
DOSTATO^NO BLIZKIH K a, IMEEM (S U^ETOM• |
TEOREMY kO[I DLQ OTREZKA |
|||||||||||||||
[x; ] (a; )) |
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f(x) |
f (x)[g( ) |
|
g(x)] |
|
f ( ) |
|
f (x) |
|
f0(c) |
||||||
|
g(x) = |
g(x)[f( ) |
, f (x)] |
g( ) |
, g(x) |
= h( ; x) g0(c) |
||||||||||
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|
, |
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, |
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f ( ) |
,1 |
|
g( ) |
|
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||||
GDE x < c < I h( ; x) = [1 |
, |
f (x) |
|
] |
|
(1 , g(x)). pARAMETROM W PRAWOJ |
||||||||||
^ASTI RAWENSTWA MY MOVEM RASPORQVATXSQ. pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO |
||||||||||||||||
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f0(y) |
|
|
f0(x) |
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||||
(" < 1) I TAKOWO, ^TO jg0(y) |
, g0(x)j "=3 DLQ WSEH x; y 2 (a; ). w SILU |
|||||||||||||||
USLOWIQ (1=1) SU]ESTWUET N > 0 TAKOE, ^TO |
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|||||||||||||
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f0(x) |
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jh( ; x) , 1j < "=3 (jxj > N): |
|||||||
|
jh( ; x)g0(x) , j < "=3; |
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||||||||||||||
tOGDA DLQ jxj > N |
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||
f (x) |
|
= j(h( ; x) , |
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|
f0(c) |
f0 (x) |
f0(c) |
f0(x) |
|||||||
jg(x) , j |
1)(g0(c) , g0(x) ) + (g0(c) , g0(x)) |
|||||||||||||||
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|
f0(x) |
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||||
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|
+ h( ; x)g0(x) , j < "; |
|
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|
TO ESTX lim f00(x) = : >
x!a+ g (x)
63
|
z A M E ^ A N I Q. 2. oBRATNOE UTWERVDENIE W PRAWILE lOPITALQ |
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x2 sin |
1 |
|
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|
(x2 sin |
|
1 |
)0 |
|
||||||
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|
x |
|
|
|
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UVE NEWERNO. nAPRIMER, lim |
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= 0, |
NO OTNO[ENIE |
|
x |
= |
||||||||||||||||||||||||||
|
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|
sin x |
|
(sin x)0 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2x sin x1 |
|
cos x1 |
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x!0 |
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||||||||||||||
|
cos x , cos x NIKUDA NE SHODITSQ PRI x ! 0: |
10; 11 PRIWODQTSQ K TI- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3. tIPY NEOPREDELENNOSTEJ• |
1,1; 0 1; 00; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PAM (0=0); ( |
= |
|
). nAPRIMER |
, DLQ |
1,1 |
: f (x) |
, |
g |
(x) = |
1=g(x) , 1=f (x). |
|||||||||||||||||||||||||||||
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1 1 |
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1=f (x)g(x) |
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||||||||||||||
dLQ RASKRYTIQ NEOPREDELENNOSTEJ• |
POSLEDNIH TREH• TIPOW POLEZNO ISPOLX- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ZOWATX PREDSTAWLENIE f (x)g(x) = expfg(x) ln f (x)g. |
|
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||
|
p R I M E R Y. 4. lim x ln |
x |
j |
= lim ln jxj = lim |
|
|
1=x |
|
= 0: |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x!0 |
j |
|
|
|
x!0 1=x |
x!0 |
|
,1=x |
|
|
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|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5. |
lim |
|
xne,x |
= |
lim |
xn |
|
= |
|
|
lim |
|
|
nxn,1 |
|
= : : : = |
lim |
|
|
n! |
|
= 0 (n |
2 |
N). |
|||||||||||||||
|
x |
|
|
|
x |
|
x |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
x!+1 |
|
|
|
x!+1 e |
|
|
|
x!+1 |
|
e |
|
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|
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|
|
x!+1 e |
|
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|||||||||||||||
|
6. lim (1 + xx)b , |
1 = lim b(1 + x)b,1 = b (b = 0). |
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|
x!0 |
|
|
|
|
x!0 |
|
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|
6 |
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x34. fORMULA tEJLORA
1.uRAWNENIE KASATELXNOJ (SM. 29.5) DOSTAWLQET LOKALXNU@ APPROK-
SIMACI@ DIFFERENCIRUEMOJ FUNKCII LINEJNOJ FUNKCIEJ. nA FORMULU
lAGRANVA 32.5( ) MOVNO SMOTRETX KAK NA GLOBALXNU@ APPROKSIMACI@ DIFFERENCIRUEMOJ FUNKCII LINEJNOJ FUNKCIEJ. eSTESTWENNO ZADUMATX- SQ NAD TEM, NELXZQ LI ULU^[ITX APPROKSIMACI@, RASSMOTREW WMESTO LI-
NEJNYH POLINOMIALXNYE FUNKCII. zDESX MY POLU^IM PODHODQ]EE OBOB-
]ENIE FORMULY lAGRANVA KONE^NYH PRIRA]ENIJ. w x35 BUDET POLU^ENO OBOB]ENIE NA POLINOMIALXNYJ SLU^AJ FORMULY PROIZWODNOJ 29.1( ).
2.[fORMULA tEJLORA]. pUSTX f : U ! R (U OTKRYTO) n , 1 RAZ NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMA NA OTREZKE [a; x] U 2) I n RAZ DIFFE- RENCIRUEMA NA (a; x). tOGDA SU]ESTWUET c 2 (a; x) TAKOE, ^TO IMEET MESTO RAWENSTWO
(1) |
f (x) = |
f (a) + f0(a)(x , a) + : : : + |
f(n,1) (a) |
(x , a)n,1 |
||||
(n |
, |
1)! |
||||||
|
|
f(n)(c) |
n |
|
|
|
||
|
+ |
n! |
|
(x , a) : |
|
|
|
|
2TO ESTX f(n 1) OPREDELENA I NEPRERYWNA W KAVDOJ TO^KE OTREZKA [a; x].
64
|
|
1 |
|
(n) |
|
|
n |
|
|
|
wELI^INA rn (x) n!f |
|
(c)(x |
, a) |
NAZYWAETSQ OSTATO^NYM ^LENOM W |
||||||
FORME lAGRANVA. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
pOLOVIM DLQ a z x |
|
|
|
|
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|||||
|
|
|
|
|
|
n,1 |
1 |
(k) |
k |
n |
(2) |
g(z) = f (x) , [f (z) + |
X |
k!f (z)(x , z) |
+ (x , z) ] |
||||||
k=1 |
I WYBEREM TAK, ^TOBY g(a) = 0. k FUNKCII g PRIMENIMA TEOREMA rOL- LQ 32.1 (g(x) = 0 PO POSTROENI@, TAK ^TO g(a) = g(x)). sLEDOWATELXNO, SU]ESTWUET c 2 (a; x) TAKOE, ^TO g0(c) = 0: pRQMOJ PODS^ET• DAET•
|
|
g0 (c) = , |
1 |
|
f(n)(c)(x |
|
, c)n,1 + n (x , c)n,1; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(n , 1)! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
OTKUDA = |
1 |
f(n)(c). tAK KAK g(a) = 0; IZ (2) POLU^AEM (1). |
|
> |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
n! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. |
dLQ POLINOMA p(x) = a0 + a1x + : : : + anxn IMEEM rn+1 (x) = 0, TAK |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
^TO p(x) = p(a) + p0 (a)(x, a) +: : : + |
1 |
p(n) (a)(x , a)n. |TA FORMULA DAET• , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
n! |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
W ^ASTNOSTI, RECEPT PREDSTAWLENIQ DANNOGO POLINOMA PO STEPENQM x , a. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
p R I M E R Y (ISPOLXZUETSQ FORMULA (1) PRI a = 0). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x |
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xn,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
xn |
|
|
x |
(x 2 R; = (x) 2 (0; 1)). |
|||||||||||||||||
4. |
e = 1 + x + |
2! |
|
|
+ : : : + (n |
, |
1)! |
|
+ n!e |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x3 |
|
|
|
|
|
x5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2n,1 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
5. |
sin x = x , |
3! + 2n5!+1, : : : + (,1) |
, |
|
|
(2n , 1)! |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n + 1 |
|
(x 2 R; = (x) 2 (0; 1)). |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
+(2n + 1)! sin( x + |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
) |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
x4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
1 |
|
|
x2n,2 |
|
|
||||||||||||||||
6. |
cos x = 1 , |
2! + 4! |
|
, : : :2n+ (,1) , |
|
|
(2n , 2)! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x 2 R; = (x) 2 (0; 1)). |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+(2n)! cos( x + n ) |
|||||||||||||||||||||||||||||
7. |
ln(1 + x) = x |
|
|
|
|
|
|
x2 |
+ : : : + ( |
|
1)n |
|
xn,1 |
|
+ |
(,1)n+1xnn |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
, 2 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
n |
, |
1 |
|
n(1 + x) |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x > ,1; = (x) 2 (0; 1)). |
|||||||||||
8. |
(1 + x)b = 1 + bx + |
: : : + |
|
b(b , 1) : : : (b , n + 2)xn,1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(n |
1)! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
+ |
b(b , |
1) : : : (b , n + 1)xn (1 + x)b,n |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x > ,1; = (x) 2 (0; 1)). |
65
x35. lOKALXNAQ FORMULA tEJLORA
1. eSLI f n RAZ DIFFERENCIRUEMA W TO^KE a, TO
f(x) = f (a) + f0(a)(x , a) + : : : + n1!f(n) (a)(x , a)n + o((x , a)n) (x ! a):
|TA FORMULA NAZYWAETSQ FORMULOJ tEJLORA S OSTATKOM W FORME pEANO.
dOSTATO^NO DOKAZATX UTWERVDENIE DLQ SLU^AQ, KOGDA |
||||
( ) |
f(a) = f0(a) = : : : = f(n)(a) = 0: |
|||
|
|
|
|
|
(eSLI ( ) NE IMEET MESTA, TO POLAGAQ |
||||
|
|
n |
1 |
f(k)(a)(x , a)k; |
|
h(x) = f(x) , |
X |
|
|
|
k! |
|||
|
|
k=0 |
|
|
IMEEM h(a) = h0(a) = : : : = h(n)(a) = 0.) iTAK, PUSTX WYPOLNENO ( ). pRI |
|||||||||||||||||
n = 1 : f (x) = f(a) + f0(a)(x , a) + o(x |
, a) = o(x |
|
|
|
|
|
|||||||||||
, a) (x ! a), TO ESTX |
|||||||||||||||||
UTWERVDENIE WERNO. pUSTX ONO WERNO DLQ WSEH k |
|
n |
, |
1: pOLOVIM g(x) = |
|||||||||||||
f0 (x). tOGDA g(a) = g0 |
(a) = : : : = g |
(n |
, |
1) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
(a) = 0, I PO PREDPOLOVENI@ |
||||||||||||||
INDUKCII g(x) = o((x |
, a)n,1 ) (x ! a). iSPOLXZUQ PRAWILO lOPITALQ |
||||||||||||||||
33.1, IMEEM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
f(x) |
= lim |
f0(x) |
|
|
= lim |
|
g(x) |
|
= 0: |
|
> |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
(x , a)n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
x!a |
|
x!a n(x , a)n,1 |
|
|
x!a n(x , a)n,1 |
|
|
|
2.rAZLOVENIE S OSTATKOM W FORME pEANO EDINSTWENNO.
pUSTX IMEET MESTO E]E• ODNO PREDSTAWLENIE
f (x) = a0 + a1 (x , a) + : : : + an (x , a)n + o((x , a)n) (x ! a): wY^ITAQ OTS@DA RAWENSTWO, DOKAZANNOE W P. 1, IMEEM
0 = c0 + c1(x , a) + : : : + cn(x , a)n + o((x , a)n) (x ! a);
1 (k)
GDE ck = ak , k!f (a); 0 k n. pEREHODQ ZDESX K PREDELU PRI x ! a,
POLU^AEM c0 = 0: tAKIM OBRAZOM,
0 = c1(x , a) + : : : + cn(x , a)n + o((x , a)n) (x ! a):
66
rAZDELIW OBE ^ASTI \TOGO RAWENSTWA NA x , a I PEREJDQ K PREDELU PRI x ! a, POLU^IM c1 = 0. aNALOGI^NO POLU^IM POSLEDOWATELXNO c2 = : : : = cn = 0: >
x36. rQD tEJLORA
1. eSLI f(x) (x 2 U (a)) n RAZ DIFFERENCIRUEMA W TO^KE a, TO PRI |
||||||
PODHODQ]EM WYBORE rn(x) |
|
|
|
|
|
|
f (x) = f(a) + f0(a)(x , a) + : : : + |
|
1 |
|
f(n,1) |
(a)(x , a)n,1 |
+ rn(x): |
|
|
|
||||
(n |
, |
1)! |
dOPUSTIM TEPERX, ^TO f IMEET W TO^KE a PROIZWODNYE SKOLX UGODNO WY- SOKIH PORQDKOW. tOGDA RQD
1 |
1 |
f(n) (a)(x , a)n = f (a) + f0 (a)(x , a) + |
1 |
f00(a)(x , a)2 + : : : |
X |
|
|
||
n! |
2! |
|||
n=0 |
|
|
|
|
ESTESTWENNO NAZWATX RQDOM tEJLORA FUNKCII f PO STEPENQM x,a. wAVEN |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SLU^AJ, KOGDA RQD tEJLORA SHODITSQ K f (x). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2. f (x) = 1 |
1 |
f(n)(a)(x |
, |
a)n |
|
TTOGDA |
rn (x) |
! |
0 (n |
! 1 |
). |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
n=0 |
n! |
|
|
|
|
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|
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|||||||||
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P |
|
|
|
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|
|
||||
|
|
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|
|
n,1 |
1 |
|
|
|
(k) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
pUSTX sn (x) = |
|
P |
k! |
f |
|
|
(a)(x |
a) | ^ASTNYE SUMMY RQDA tEJLORA, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
k=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
|
|
! 1 |
|
n |
|||||||||||
TAK ^TO f (x) = sn(x) + rn(x). eSLI rn(x) |
|
0 (n |
|
|
), TO lim sn (x) = |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
n |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim[f (x) |
|
rn (x)] = f(x). oBRATNO, ESLI RQD tEJLORA SHODITSQ K f(x), TO |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sn(x) ! f(x) (n ! 1), TAK ^TO rn (x) = f(x) , sn (x) ! 0 (n ! 1): |
|
> |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
n |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
p R I M E R Y. 3: e |
|
|
|
= |
n=0 |
|
n!x |
|
|
(x |
R). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
, |
|
n |
|
|
|
x2nP+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
4. |
sin x = |
P |
( |
1) |
(2n + 1)! |
|
|
|
|
(x |
R). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||
|
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
n |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
5. |
cos x = |
|
|
( 1) |
|
(2n)! |
|
|
|
(x |
R). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n=0 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
P |
|
1 |
|
|
|
|
|
n |
|
|
1 |
xn |
|
|
|
|
|
(,1 < x 1). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
6. |
ln(1 + x) = n=1(,1) |
, |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
7. (1 + x)b = 1 + bx + : : : + |
b(b , 1): : : (b , n + 1)xn + : : : |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
n! |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(,1 < x < 1). |
67
xn
p.3. iZ 34.4 I 11.8 SLEDUET, ^TO rn(x) = n! e x ! 0 (n ! 1).
x2n+1
p.4. s U^•ETOM 34.5 jr2n+1(x)j j(2n + 1)!j ! 0 (n ! 1).
p.6,7. pOKA MY NE SMOVEM DOKAZATX \TI RAWENSTWA W UKAZANNYH OB- LASTQH, TAK KAK FORMA OSTATKA lAGRANVA NEDOSTATO^NO \FFEKTIWNA DLQ \TOGO. nAPRIMER, DLQ P. 6 (SM. 34.7)
|
rn(x) = |
1 |
jxjn |
1 |
0 |
1 |
|
x |
1 ; |
|
|
|
|
,2 |
|
||||||
j |
n (1 + x)n n ! |
|
||||||||
j |
|
|
|
I NELXZQ POLU^ITX PODOBNOGO REZULXTATA DLQ ,1 < x < , 12 (!!). pOZDNEE MY POLU^IM E]E• ODNU POLEZNU@ FORMU OSTATKA, S POMO]X@ KOTOROJ I USTRANIM OSTAW[IESQ PROBELY. >
x37. aNALITI^ESKIE FUNKCII
1. pUSTX E( R) OTKRYTO, FUNKCIQ f : E ! R NAZYWAETSQ ANALITI- ^ESKOJ W E, ESLI KAVDAQ TO^KA a 2 E OBLADAET OKRESTNOSTX@ U (a) E TAKOJ, ^TO RQD tEJLORA f PO STEPENQM x , a SHODITSQ DLQ WSEH x 2 U (a).
p R I M E R Y. 2. fUNKCII ex (x 2 R); sin x (x 2 R); cos x (x 2 R) QWLQ@TSQ ANALITI^ESKIMI W R (SM. 36.3{36.5).
3. fUNKCIQ ln x (x > 0) ANALITI^ESKAQ. dEJSTWITELXNO, DLQ KAVDOGO
a > 0 FORMULA tEJLORA PO STEPENQM x , a DA•ET |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
ln x = ln a + n,1 |
(,1)k,1 |
(x a)k |
+ rn (x); rn(x) = |
|
(,1)n(x , a)n |
: |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
X |
kak |
|
, |
|
|
|
|
|
|
n[a + (x |
, |
a)]n |
|
||||||
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
j |
|
|
, |
j |
|
|
a |
|
|
|
|
|
j |
|
j |
|
dLQ x |
|
U (a) = |
a |
; 3a |
MY IMEEM |
|
a + (x |
|
a) |
> |
|
, TO ESTX |
|
rn(x) < |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
! 0. pO\TOMU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
ln x = ln a + x , a |
|
(x , a)2 |
+ |
(x , a)3 |
|
: : : ( x |
|
a |
< |
a): |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 a |
, |
2 a2 |
|
|
3 a3 , |
|
|
j |
, |
j |
|
2 |
|
|
4. fUNKCIQ f(x),OPREDELENNAQ• W 30.12 OBLADAET PROIZWODNYMI L@BOGO PORQDKA W R, PRI^EM• f(n) (0) = 0; TAK ^TO RQD tEJLORA \TOJ FUNKCII PO STEPENQM x SHODITSQ K 0, A NE K f (x). iTAK, \TA FUNKCIQ NE ANALITI^ESKAQ.
68
u P R A V N E N I E. 5. dOKAZATX, ^TO FUNKCIQ (1 + x)b(x > ,1) ANALITI^ESKAQ.
x38. wOZRASTANIE I UBYWANIE FUNKCIJ NA OTREZKE
1. pUSTX f : [a; b] ! RNEPRERYWNA I NA (a; b) DIFFERENCIRUEMA.tOGDA IMEET MESTO TABLICA
|
|
f0 |
|
f NA OTREZKE [a; b] |
|
|
f0 |
|
|
|
> 0 |
)1 |
STROGO WOZRASTAET |
)6 |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|||
|
|
)2 |
NE UBYWAET |
)7 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
)3 |
KONSTANTA |
)8 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
)4 |
NE WOZRASTAET |
)9 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< 0 |
)5 |
STROGO UBYWAET |
)10 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
iMPLIKACII ()1 ) { ()5 ) QWLQ@TSQ SLEDSTWIEM FORMULY lAGRANVA |
||||||||
( ) |
f (y) , f (x) = f0(z)(y , x) (a x < z < y b): |
oTMETIM, ^TO IMPLIKACIQ ()3) UVE DOKAZANA RANEE (SM 32.4). iMPLI-
KACII ()6 ) { ()10 ) SLEDU@T IZ OPREDELENIQ PROIZWODNOJ. w ^ASTNOSTI,
()7 ) SLEDUET IZ NERAWENSTWA
f0(x) = f0(x+) = lim 1[f (x + h) , f (x)] 0;
h!0+ h
()6 ) SLEDUET IZ ()7 ). >
2. z A M E ^ A N I E. iZ STROGOGO WOZRASTANIQ FUNKCII f NA [a; b] NE SLEDUET, ^TO f0(x) > 0 DLQ WSEH x 2 (a; b). nAPRIMER, f(x) = x3 (x 2 R) STROGO WOZRASTAET, NO f0(0) = 0.
x39. lOKALXNYJ \KSTREMUM
1. gOWORQT, ^TO FUNKCIQ f : E ! R (E R) OBLADAET LOKALXNYM MAK- |
|
SIMUMOM (SOOTWETSTWENNO MINIMUMOM) W TO^KE a 2 |
E, ESLI SU]ESTWUET |
OKRESTNOSTX NULQ U (0) TAKAQ, ^TO f(a + h) , f (a) |
0 (SOOTWETSTWENNO |
f (a + h) , f(a) 0) DLQ WSEH h 2 U (0) \ fhj a + h 2 Eg. gOWORQT, ^TO |
f OBLADAET W TO^KE a LOKALXNYM \KSTREMUMOM, ESLI f OBLADAET W \TOJ TO^KE LOKALXNYM MAKSIMUMOM ILI MINIMUMOM.
69
2. eSLI f DIFFERENCIRUEMA W TO^KE a I OBLADAET W \TOJ TO^KE LOKALXNYM \KSTREMUMOM, TO f0 (a) = 0. bOLEE TOGO, ESLI f0(a) = 0 I f00(a) > 0, TO a | TO^KA LOKALXNOGO MINIMUMA; ESLI f0 (a) = 0 I f00(a) < 0, TO a | TO^KA LOKALXNOGO MAKSIMUMA.
|
1-E UTWERVDENIE SLEDUET IZ NERAWENSTW (SLU^AJ LOKALXNOGO MAKSIMUMA) |
||||||||||||||||
|
|
|
f0(a+) = |
lim |
1 |
|
[f (a + h) |
, |
f (a)] |
|
0; |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
! |
0+ h |
|
|
|
|||||
|
|
|
f0(a |
, |
|
|
|
|
1 |
|
|
, |
|
|
|
||
|
|
|
) = |
lim |
|
[f (a + h) |
f (a)] |
0: |
|||||||||
|
|
|
h |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
h |
! |
0 |
, |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
pUSTX f0(a) |
= 0; f00(a) |
> |
|
0. |
tOGDA SU]ESTWUET U (0) TAKAQ, ^TO |
||||||||||||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h [f0(a+h),f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(a)] = hf0(a+h) > 0 (h 2 U (0)), TO ESTX ZNAK f0(a+h) SOWPA- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DAET SO ZNAKOM h (h 2 U (0)) I f (a +h),f (a) = f0 (a + h)h 0 (h 2 U (0)) (TAK KAK 0 < < 1). iTAK, a | TO^KA LOKALXNOGO MINIMUMA. >
3.z A M E ^ A N I E. nEOBHODIMOE USLOWIE \KSTREMUMA W TO^KE a 2 (c; d): NESU]ESTWOWANIE PROIZWODNOJ W TO^KE a ILI OBRA]ENIE EE• W 0.
4.pRI ISSLEDOWANII NA \KSTREMUM POLEZNA TABLI^KA (SM. rIS. 11; PREDPOLAGAETSQ, ^TO f NEPRERYWNA NA (c; d); c < a < d).
5.p R I M E R. pRINCIP fERMA GLASIT, ^TO TRAEKTORIQ SWETA W FI- ZI^ESKOJ SREDE REALIZUET MINIMUM WREMENI, KOTOROE NEOBHODIMO LU^U, ^TOBY PROJTI RASSTOQNIE MEVDU ZADANNYMI TO^KAMI (W ODNORODNOJ SRE- DE SWET RASPROSTRANQETSQ PRQMOLINEJNO). pUSTX IME@TSQ DWE ODNOROD- NYE SREDY I ci | SKOROSTX SWETA W SREDE (i); i = 1; 2. tREBUETSQ NAJTI TRAEKTORI@ SWETA MEVDU TO^KAMI A1 I A2 (SM. rIS. 12). wREMQ, KOTOROE POTREBOWALOSX BY LU^U, ^TOBY PROJTI PUTX, MINUQ TO^KU x,
1 |
h12 + x2 |
1=2 |
1 |
h22 + (a , x)2 |
1=2 |
|
||
t(x) = |
|
|
+ |
|
|
: |
||
c1 |
|
c2 |
|
nEOBHODIMOE USLOWIE LOKALXNOGO \KSTREMUMA t0(x) = 0 DAET• : cc12 = sinsin 12 . oSTA•ETSQ ZAMETITX, ^TO SOOTWETSTWU@]AQ TO^KA DEJSTWITELXNO REALIZU- ET MINIMUM FUNKCII t(x).
|
x40. wYPUKLYE FUNKCII |
|
1. fUNKCIQ f : (a; b) ! R NAZYWAETSQ WYPUKLOJ (ILI WYPUKLOJ WNIZ), |
ESLI DLQ L@BYH x; y 2 (a; b) I L@BOGO 2 [0; 1] SPRAWEDLIWO NERAWENSTWO |
|
( ) |
f( x + (1 , )y) f (x) + (1 , )f(y): |
70