Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать

eSLI 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

 

 

 

1

 

 

2 ,

1

 

 

1

 

i

nf g

 

f (x) =

x sin x

; ESLI x

 

;

 

 

0 ,

 

 

( 0;

 

 

 

ESLI x = h0?

 

 

 

 

 

 

 

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-

 

 

 

x!a g(x)

x!a g0(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VET, NESOBSTWENNYJ) W PRAWOJ ^ASTI. pRAWILO WERNO TAKVE DLQ SLU-

^AEW

a = 1; 1; x ! a .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rAZBEREMNESKOLXKO TIPI^NYH SLU^AEW.

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));

 

 

g(x)

g(x) , g(a)

 

 

 

g0 (c)

 

 

 

 

TO ESTX

lim f(x)

=

 

lim

f0(c)

 

=

lim

f0 (c)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x a+ g(x)

 

x

!

a+ g0(c)

 

 

c

!

a+ g0

(c)

0

0

!

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

:

(0=0); U

= ( ; a); x

 

 

 

a

 

 

. rAZBIRAETSQ ANALOGI^NO. tEPERX IZ

1 I 2

UTWERVDENIE SLEDUET DLQ SLU^AQ

30: (0=0); U = (b; a) [ (a; c); x ! a.

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(y) = 0. tEPERX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim F (y)

=

lim f (x) = 0;

 

y!0

 

 

 

x!1

 

 

 

 

 

f0(y1)(,

1

 

)

 

 

lim

f0(x)

=

lim

y2

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x!a+ g0

(x)

 

DOSTATO^NO BLIZKIH K a, IMEEM (S U^ETOM

TEOREMY kO[I DLQ OTREZKA

[x; ] (a; ))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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)

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ( )

,1

 

g( )

 

 

 

GDE x < c < I h( ; x) = [1

,

f (x)

 

]

 

(1 , g(x)). pARAMETROM W PRAWOJ

^ASTI RAWENSTWA MY MOVEM RASPORQVATXSQ. pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO

 

 

 

f0(y)

 

 

f0(x)

 

 

 

 

 

 

(" < 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

 

 

 

 

 

f0(x)

 

 

 

 

 

 

jh( ; x) , 1j < "=3 (jxj > N):

 

jh( ; x)g0(x) , j < "=3;

 

tOGDA DLQ jxj > N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

= j(h( ; x) ,

 

 

 

f0(c)

f0 (x)

f0(c)

f0(x)

jg(x) , j

1)(g0(c) , g0(x) ) + (g0(c) , g0(x))

 

 

 

 

f0(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ h( ; x)g0(x) , j < ";

 

 

 

 

TO ESTX lim f00(x) = : >

x!a+ g (x)

63

 

z A M E ^ A N I Q. 2. oBRATNOE UTWERVDENIE W PRAWILE lOPITALQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 sin

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 sin

 

1

)0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UVE NEWERNO. nAPRIMER, lim

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,

NO OTNO[ENIE

 

x

=

 

 

 

sin x

 

(sin x)0

 

2x sin x1

 

cos x1

 

 

 

x!0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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).

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1=f (x)g(x)

 

dLQ RASKRYTIQ NEOPREDELENNOSTEJ

POSLEDNIH TREHTIPOW POLEZNO ISPOLX-

ZOWATX PREDSTAWLENIE f (x)g(x) = expfg(x) ln f (x)g.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

x!+1 e

 

 

 

 

6. lim (1 + xx)b ,

1 = lim b(1 + x)b,1 = b (b = 0).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x!0

 

 

 

 

x!0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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^ETDAET

 

 

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!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(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]EODNO 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!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n,1

1

 

 

 

(k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX sn (x) =

 

P

k!

f

 

 

(a)(x

a) | ^ASTNYE SUMMY RQDA tEJLORA,

 

 

 

 

 

 

k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

! 1

 

n

TAK ^TO f (x) = sn(x) + rn(x). eSLI rn(x)

 

0 (n

 

 

), TO lim sn (x) =

n

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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]EODNU 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 DAET

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 EEW 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 . oSTAETSQ 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