Герасимович(математический анализ)
.pdfоо или неопределенность. Если вычисление пределов приводит к не
определенным выражениям вида оо — оо, 0 • oo,-2 _,J?L, необходимо
О оо
провести дополнительные исследования, т. е. «раскрывать неопределенности» (методика раскрытия неопределенностей изложена в § 3.7).
|
Теорема 3.7. Если функция f(x) при х-+хо имеет конечный пре |
||||||||||
дел |
уо,то f(x) — уо — бесконечно малая |
функция |
при |
х->-хо. |
|||||||
|
> По условию |
теоремы |
существует Н т/(х) = |
у 0. |
Рассмотрим |
||||||
функцию f(x) — y 0. |
Вычислим |
|
|
X —►Хо |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
lim (f(x) — уо) = lim f(x) — lim y 0 — Уо — Уо = |
0. |
|
|||||||
|
|
X —►Xo |
|
X-* -X o |
X -* -X Q |
|
|
|
|
||
|
Следовательно, |
функция |
f(x) — уо — бесконечно |
малая |
при |
||||||
Х-*~Хо. |
<] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С л е д с т в и е . Если при х-*-х0 функция f{x) имеет конечный пре |
||||||||||
дел, то в бб(хо) она |
представима в виде f(x) = у 0+ |
a(jt), где а(х) — |
|||||||||
бесконечно малая функция при х~*-хо- |
|
|
|
|
|
||||||
|
Теорема 3.8 (о сравнении функций). Если в 0&(хо) справедливо |
||||||||||
функциональное |
неравенство |
f(x) ^ (р(х) и |
существуют конечные |
||||||||
пределы lim f(x), |
lim ф(х), то |
lim f(x) < |
lim (jp(jc). |
|
|
|
|||||
|
|
X~*-Xo |
X -* -X o |
X -* -X Q |
X - + X O |
|
|
|
|
||
|
Теорема 3.9. Если в Og(*o) |
справедливы функциональные |
не |
||||||||
равенства г|з(х)^ f ( x ) ^ ф(х) |
и |
существует |
lim г|з(х) = |
lim tp(x) = уо, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
X -+ -X Q |
|
х -* -Х о |
|
yo 6 |
R, |
то существует lim f(x) = |
у 0. |
|
|
|
|
|
|||
|
> |
|
|
X —►Хо |
|
|
ф(х). Согласно теореме 3.8, |
||||
|
По условию теоремы гр(х) ^ f(x) ^ |
||||||||||
|
|
|
|
lim гр(л:) ^ |
lim f(x) ^ |
lim ф(х) |
|
|
|
||
|
|
|
|
X —►Хо |
Х -^ Х о |
Х -^ Х о |
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уо < lim f(x) < |
y0=^Hm f(x) = |
у0. <1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
X —►Хо |
|
Х -^ Х о |
|
|
|
|
|
|
Теорема 3.10. Если в окрестности точки Хо задана сложная функ |
||||||||||
ция |
y — f(u(x)) и |
существуют |
пределы |
1im и(х) = |
и0 |
( и ( х ) ф 0 |
при |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Х - + Х о |
|
|
|
|
х ф х о), lim f(u) = уо, то существует предел |
сложной |
функции |
у = |
||||||||
= f(u (x)fli“точке хо и |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
lim f (u(x))= lim f(u). |
|
, |
|
|
|||
|
|
|
|
X - ^ X q |
|
U -*-Uo |
|
|
|
|
Пример 3.9. Найти lim sin (x1 + я/2). x—►О
Р е ш е н и е . Так как данная функция — сложная, ее можно представить в виде
f(<p(x)) = sin и, где |
и = х 2 + |
я /2 . Тогда |
|
lim u = |
lim (х2 + |
я / 2 ) = я / 2 =И нп s i ^ x 2 •+• л / 2 ) = |
lim s i n u = l . |
х - ^ х о |
х - ^ 0 |
х - ^ 0 |
ы -* -л / 2 |
3.5.ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ПРЕДЕЛЫ
Первый замечательный предел. Докажем, что lim |
= i . Так |
х - ^ 0 |
х |
как f(x) = является четной функцией, рассмотрим ее только на
78
интервале |
]0; л/2[. Возьмем |
дугу A M единичного |
круга, |
соответст |
||||
вующую углу, радианная |
мера которого равна х |
(рис. 3.11). Тогда |
||||||
| ОА 1= 1, |
IМ Р | = |
sin х, |
| OP | = |
cos x. Площадь |
сектора |
ОA M за |
||
ключена между площадями треугольников ОМА |
и ОТА: |
|
||||||
S AOMA < |
сек< |
S |
|
i-ICMI \ Р М \ < ± - \ О А \ 2х < ± - \ О А \ \АТ\. |
||||
Так как |
|ОЛ| = |
1, |
\РМ\ = |
sin х, |
\АТ\ = |
|
|
|
= tg х, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin х < х < |
tg х о 1 < |
* |
< |
|
|
|||
|
|
|
|
|
sin X |
|
|
|
1___ „ ^ sin х ^ J
<<^cos х С
Всилу четности функций cos х и
последнее двойное неравенство справед ливо и для интервала ] — я / 2 ; 0 [.
Таким образом, для любого х £ ] — я /2 ;
0 [ и ]0 ; я / 2 [ |
выполняется |
неравенство |
||
c o s x < |
< 1. Другими |
словами, при |
||
* - ► 0 предел |
отношения |
|
заключен между 1 и l i m c o s j c = l . |
|
Согласно |
теореме 3,9, |
|
|
|
|
|
l i m |
^ |
1 . |
|
|
дг- 0 |
|
* |
Его называют первым замечательным пределом. Этот предел исполь
зуют для раскрытия некоторых неопределенностей вида -5-.
Пример 3.10. |
Вычислить пределы: |
|
|
||||
. 4 |
1- |
t g * |
I- sin 5х |
; |
.. tg х — sin jc |
. |
|
1) |
lim — — ; |
2) lim ----------- |
3) lim - £ |
------x --------- |
|||
|
* - ► 0 |
x |
0 tg 2x |
|
x^ -0 |
|
Р е ш е н и е . Применим первый замечательный предел. Имеем:
1 ) |
lim |
tg х |
|
0 |
x |
2 ) |
lim |
sin bx |
|
о |
t g 2x |
|
sin |
х .. |
-= 1; |
|
|
lim ---------lim ■ |
|
||||
x ^ o |
X |
0 cos X |
|
|
|
|
/ |
sin bx |
2x |
j>\ |
A |
= \ im ( - |
5x |
tg 2x |
2 ) |
2 ' |
|
x->-0\ |
3) lim lg -* - s i n * |
lim ( |
tg x |
1 — cos x |
) = |
2 |
2 |
|
|
|
ДГ— 0 |
X J |
x-»0 V |
* |
x |
|
|
|||
Второй |
замечательный предел. В § 3.1 было определено число е |
||||||||
как предел |
|
|
|
/ |
1 \ п |
= е , |
n £ N . В |
общем |
|
последовательности lim( 1 Н— |
) |
||||||||
|
|
|
|
П-*-ос\ |
П / |
|
|
|
|
случае это |
число |
можно |
определить |
как |
предел |
функции |
f(x) = |
||
= ^ 1 -)— |
при х- + оо : |
|
|
|
|
|
|
|
79
М1 + т ) ‘ = *-
Это и есть второй замечательный предел.
/ |
1 \ Х |
= е |
1 |
х-*- |
Если в равенстве ИгпП |
+ — \ |
положить — — U то при |
-► оо t —-0. Тогда получим другую форму записи второго замеча тельного предела
lim(l + t){/t = е. t-*o
Второй замечательный предел применяется для раскрытия не определенностей вида 1 ” .
Пример 3.11. |
Найти, l i m^ l + |
■ |
Р е ш е н и е . |
При х-*- оо получаем |
неопределенность вида 1°°. Имеем |
i l i ( 1+ т ) " - |
|
1+ т ) * Т “ |
г‘: |
х 4* 2 Х1 |
. |
|
|
х _ g у |
|
||
Р е ш е н и е . Разделив числитель и знаменатель на х, |
получим |
||
ton f i + i y = |
,im |
e |
|
jc-*>oo \ x — 3 / |
*-►oo (1 •+• ( — 3 / x f f |
3.6. СВОЙСТВА БЕСКОНЕЧНО МАЛЫХ ФУНКЦИЙ.
СРА ВНЕНИЕ АСИМПТОТИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ФУНКЦИЙ
Свойства бесконечно малых функций. Приведем ряд теорем, ис пользуемых при сравнении бесконечно малых функций.
Теорема 3.11. Конечная сумма бесконечно малых функций в
Об(хо) |
есть функция, бесконечно малая в бь(х0). |
|
|
|||
> |
Если |
ai(x),<= 1, п,—бесконечномалые |
функции |
вб»(хо), |
то |
|
|
|
___ |
П |
П |
|
|
limai(x) = 0, |
i = l , п. Так какlim |
2 a i ( x ) = |
2 limai(jc) = |
0, |
то |
|
X - + X 0 |
|
|
X—►Хо f = s 1 |
Г = 1 |
|
|
конечная сумма бесконечно малых функций есть функция беско нечно малая. <]
Теорема 3.12. Произведение бесконечно малой функции и функ ции, ограниченной в О»(хо),( есть бесконечно малая функция.
\> Пусть <p(jc) ограничена в дб(хо), т. е.
3 М >■ 0: Ух £ Оь(х)=> |ф(х)| ^ |
М, |
|
|
а а(х) — бесконечно |
малая функция в Og(*o)- Тогда |
||
V е / М >■ 0 |
З б | >■ 0:У х(; Ов|(хо)=На(х)| < |
е/М. |
|
Возьмем 8 = min(8 , 6 1 ), тогда \а{х)\ < .е /М |
и |
|ф(х)| < М V х £ |
£ 6 8 (хо). Рассмотрим произведение а(х)ф(х) в 0&(хо):
80
Y |
| а ( х ) ф ( х ) | = | а ( х ) | | ф (л г )! < ^ М = е , |
|
т.ё. а(х)(р(х) — бесконечно малая функция. <1
Сл е д с т в и е 1. Произведение некоторого числа и бесконечно
малой функции |
в бь(хо) |
есть бесконечно |
малая функция. |
|||
С л е д с т в и е |
2. Произведение двух бесконечно малых функций |
|||||
в Ot,(хо) есть бесконечно |
малая функция. |
|
|
|
||
Теорема 3.13. Частное от деления бесконечно малой функции |
||||||
а(х) в бь(хо) на |
функцию ф(х), такую, что lim ф(х) ф |
0 , |
есть беско- |
|||
нечно малая функция. |
|
|
х —►Хо |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С> Так как |
а(х) — бесконечно малая |
функция, |
то |
lima(x) = |
||
= 0. Рассмотрим а(х)/ср(х), тогда |
|
|
|
X—►Хо |
||
|
|
|
|
|||
|
|
lim а(х) |
|
|
|
|
|
Пш |
___ = |
____-___= 0 |
|
|
|
|
х-~х„ ф М |
Hm q>(x) |
lim <р(ж) |
|
|
|
|
|
X—►Хо |
Х-^Хо |
|
|
и а(х)/ц>(х) — бесконечно малая функция. <1
Сравнение асимптотического поведения функций. Под асимпто тикой, или асимптотическим поведением функции в окрестности некоторой точки х 0 £ R, понимают описание поведения функции вблизи точки хо, в которой функция, как правило, не определена.
Асимптотическое поведение функции обычно характеризуют с помощью другой, более простой или более изученной функции, ко торая в окрестности исследуемой точки с малой относительной погрешностью воспроизводит значения изучаемой функции.
О п р е д е л е н и е |
3.16. Если а(х), Р(х) — бесконечно малые функ |
||
ции и |
|
|
|
|
|
х - ^ х о PW |
|
то они |
называются |
бесконечно малыми одного |
порядка малости. |
Д ля |
таких функций принято обозначение а(х) = 0($(х)). Запись |
||
a(x ) 6 0 |
(l) означает, |
что функция а(х) при х-*хо |
ограничена, т. е. |
0 ( 1) — множество ограниченных функций при х-*хо.
Если а(х), Р(х) — бесконечно большие функции и l i m - ^ i =
X—►Хо р(*)
= с Ф 0, то они называются бесконечно большими одного порядка роста при X ->XQ.
Например, функции а(х) = sin Зх, р(х) = 2х при х->-0 имеют одинаковый порядок малости, так как
sirr3x |
1 .. |
3 s in 3 x |
3 |
|
Й - Е ---T i |
n ---- "2~ |
' |
||
т. е. 2х = 0 (sin Зх) и sin Зх = 0 (х ) |
при х->-0. |
|
|
|
О п р е д е л е н и е 3.17. |
Если |
функции |
а{х), |
Р(х)— бесконечно |
малые и |
|
|
|
|
81
то они называются эквивалентными при х —^хо. |
|
|
|
||||||||||
Функции а(х) |
и Р(х), эквивалентные при х ^ х о , |
называют также |
|||||||||||
асимптотически |
равными |
при |
х ^ х о - Асимптотическое |
равенство |
|||||||||
(эквивалентность) |
функций |
обозначается |
символом |
~ |
или « : |
||||||||
a ( x ) ~ P ( x ) или |
a ( x ) « P ( x ) |
при |
х ^ х о - |
|
|
|
|
|
|||||
Например, sin |
х ~ |
х при х-»-0, |
так как |
lim Sl° х |
= |
1. |
|
|
|
||||
|
|
|
а(х) такова, |
|
|
х-^0 X |
|
|
|
X ^ |
|
||
Если |
функция |
что |
l ima(x) = |
0, то |
при |
XQ спра- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
X—►Jfo |
|
|
|
|
|
ведливы |
следующие асимптотические равенства: |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
sin а(х) ~ |
а(х), |
tg а(х) ~ |
а(х), |
|
|
|
||||
|
|
arcsin а(х) ~ |
а(х), |
arctg а(х) ~ а(х), |
|
|
|||||||
|
V 1 + |
а(х) — 1 ~ |
| а |
|
( 4 |
д/l + а { х ) — 1 ~ |
-^а(х), |
|
|||||
|
|
|
1п( 1 + |
а ( х ) ) ~ а(х). |
|
|
|
|
|
Теорема 3.14. Предел отношения двух бесконечно малых функ ций равен пределу отношения эквивалентных им функций, т. е. если
при х ^ х 0 а{х) ~ ai(x), |
P(x) ~ |
p,(x), то |
|
|
|
|
|
||||||
t> Запишем |
|
|
PM |
|
|
р,М • |
|
|
|
||||
|
« М |
|
а(х) |
ai(x) |
р1(лс) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
PM |
«iM |
PiM |
PM ' |
|
|
|||||
Переходя в этом равенстве к пределу при |
х ^ х о |
и |
учитывая, что |
||||||||||
lim-2^ - = l , |
lim - J^ - = |
l, |
находим |
|
|
|
|
|
|
||||
■jt-jt, * iw |
PiM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
= |
Hm ( ^ L |
«!&. Щ |
) = |
|
||||||
|
x^xo |
PM |
jt-jt„\*iM |
PiM |
PM / |
|
|
||||||
= |
l i m ^ L • lim-^iW |
• l i m i £ l |
= |
l i m |
- ^ . |
< |
|||||||
|
X - * X o ®lM |
X - * X o PlM |
X —*-XQ |
PM |
|
X -+ XO PlM |
|
||||||
Теорема 3.14 используется при вычислении пределов, так как |
|||||||||||||
каждую бесконечно малую (или только одну) |
можно заменить беско |
||||||||||||
нечно малой, |
ей эквивалентной. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Пример 3.13. Найти |
lim |
S' n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
*- ► 0 |
+ 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Так как |
sin 2х ~ 2х |
при |
х->-0 + |
0, |
то |
|
|
|
||||
|
lim |
S'n ^ X |
= |
lim |
-— = = |
lim |
2~фс = |
0. |
|
||||
|
jc—►O-j-O |
“\/it |
Jf—►O-j-O |
~>Jx |
|
x—►0~j-0 |
|
|
|||||
„ |
. |
|
JC2 — 5jc + |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример 3.14. Найти |
lim - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
* - 2 |
tg(4 — x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
О п р е д е л е н и е 3.18. Если функции |
а(х), 0(л:) — бесконечно |
малые и |
|
lim - x rr = 0 , |
- |
JC-*-Xo РМ |
|
то говорят, что а{х) является бесконечно малой функцией более вы
сокого порядка по сравнению с функцией р(л:). |
|
В этом случае пишут: а(х) — o(P(x)). Запись а{ х) £ о( \) |
при X ^ XQ |
означает, что функция а(х) является бесконечно малой |
при х->-хо, |
т.е. о (1) — множество бесконечно малых функций при х-*-хо. Если функции а(х) и р(х) при х ^ х 0— бесконечно малые и а(х) =
=оф(х')) при х->-х0, то а(х) является бесконечно малой более высо кого порядка, чем р(х).
Например, |
функция |
а(х) = х® |
при х->-0 является бесконечно малой более вы |
|
сокого порядка, |
чем р(лс) — sin дс3, т. е. х5 = o(sin х3), так как |
|||
|
|
Ига — - —5- = lim х2 • lim — - —5- = 0 . |
||
|
х— 0 sin х |
х-»о |
*-*о sin хг |
|
О п р е д е л е н и е |
3.19. |
Если |
функции а(х), р(х)— бесконечно |
|
малые и |
|
|
|
|
} ™ т ? - с ф 0 - к > 0 '
то а(х) называется функцией k -го порядка малости по сравнению
сЭ(х).
Вчастности, если а(х), р (х) — эквивалентные бесконечно малые функции при х ^ - х а, то а(х) — функция й-го порядка малости по сравнению с Р(х).
Если |
а(х), |
р(х)— бесконечно |
большие функции |
при х -^х о и |
|||||||
lim |
= с ф |
0 , k > |
0 , то а(х) — функция k-го порядка роста по |
||||||||
(р(х))* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сравнению с р(х). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пример 3.15. Доказать, |
что а(х) — р(х) имеет |
второй |
порядок |
малости по срав- |
|||||||
нению с х при |
|
если |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
а(х) = -— , р(х) — 2 - х . |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Z -}- х |
X? |
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Найдем |
а(дс) — р(х) — |
|
|
|||^ |
||||||
2 + |
х ' ^ меем |
|
|||||||||
|
lim |
« ( х ) - Р(х) д 1 .т |
X2 |
= l i m _ |
! _ _ |
1 |
|||||
|
jc-t-О |
х2 |
|
х-Л х2 ( 2 + х) |
х-+о 2 + х |
2 |
|||||
Пример |
3.16. Определить |
порядок |
роста бесконечно |
большой |
функции /(х) = |
||||||
= х3 + 1 2 х + 3 относительно х |
при х-*- оо. |
|
|
|
|
||||||
Р е ш е н и е . |
Так кал |
|
|
|
|
|
|
|
|
то порядок роста /(х) по сравнению с х при х-»- оо равен 3.
Соотношения вида а(х) = 0(Р(х)), а(х) = о(Р(х)), а ( х ) ~ Р ( х ) при х ^ х 0
называют асимптотическими оценками.
3.7. ОСНОВНЫ Е ПРИЕМ Ы РАСКРЫ ТИЯ НЕОП РЕДЕЛЕН Н О С ТЕЙ
Раскрытие неопределенности вида -Ц-. Неопределенное выра
жение вида -Ц- получаем |
при нахождении Пт/(дс), хо $D(f), если f(x) |
" |
Х - * Х о |
является дробью, числитель и знаменатель которой содержит мно
жители (х — дсо)а , а 6 R- |
Основная |
трудность |
раскрытия неопреде |
|||||||||||
ленности в этом случае состоит в выделении |
множителей вида (х — |
|||||||||||||
— хоГ в числителе и знаменателе дроби. Затем преобразуем |
дробь |
|||||||||||||
и получаем |
/ ( д с ) = |
(дс — |
дс0) |
7 |
\(х), |
а £ R, |
причем |
x 0 ^D(fi). |
Тогда |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{ |
О, |
если |
а > |
О, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fi(xо), если а = 0 , |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оо, |
если |
а < |
0 . |
|
Способы выделения множителей числителя и знаменателя дроби |
||||||||||||||
зависят от вида / ( д с ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. |
|
Пусть f(x) — рациональная дробь. В этом случае числител |
||||||||||||
знаменатель дроби разлагают на множители. |
|
|
|
|
||||||||||
Пример |
3.17. Найти пределы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 ) |
hm |
jc4 -+- лс3 |
.. |
x* + |
3x + 2 |
3) |
|
дс2 — 1 |
|
|
|
|||
з |
г ; 2 ) |
lim |
п |
| |
х - 6 |
lim -;-------— . |
|
|
|
|||||
|
►о*3 + 2*2’ |
х— 22х2 + |
|
х— 1(jc — 1)2 |
|
|
|
|||||||
Р е ш е н и е . |
|
*э( * + 1) |
= |
.. |
jc+ 1 |
„ |
|
|
|
|
||||
1 . lim —^ — ■— - |
lim х --------------= |
0 . |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
* - о * 2(* + 2 ) |
|
х - о |
х + |
2 |
|
|
|
|
|
||
2 . |
Пт |
* 2 + |
3* ± 1 . = |
Ига |
|
( i± ,,.? y + ,1) |
= |
Hm |
Х + - |
• = |
1 . |
|||
|
х * - 2 2 х 2 + х - 6 |
X- » - 2 2 ( * + 2 ) ( * - 3 / 2 ) |
X— 2 2 ( * - 3 / 2 ) |
7 |
||||||||||
3. |
.. |
дс2 — 1 |
|
(х — 1)(дс+ 1) |
.. |
ДС+1 |
oo. |
|
|
|
||||
l i m - ------ —- = h m - i — - - / Y |
’ = |
lim — —— = |
|
|
|
|||||||||
|
x ^ l ( * - l ) 2 |
x - l |
( * ~ 1)2 |
Ы |
1 - 1 |
|
|
|
|
|
2.Пусть f(x) — дробь, содержащая иррациональные выражени
Вэтом случае выделение множителей вида (дс — дс0)а достигается переводом иррациональностей в числитель или знаменатель, а также заменой переменной на новую переменную.
Пример 3.18. Найти |
пределы: |
|
|
|
1 ) lim —V .1 |
2 ) |
lim -------- т — |
: 3 > lim |
‘ . |
*->-о+о |
|
JC“*° 2 — -0 с + 4 |
X~*l ( - \ x — l)2 |
|
Р е ш е н и е . 1. lim |
— |
* = lim |
-\/x - 0 |
— x — 0. |
——0 |
jf—►O-^-O |
|
84
2 . Hm------- |
£ _ _ _ — Пт-------- |
? ( 2 + У Й Н ) ----------- |
|
Hm J & + V ^ + l j = |
|||||||
x- ° 2 - |
V * + 4 |
|
(2 — д/х + 4 ) (2 + |
д/х + 4) |
4 ~ * ~ |
4 |
|||||
= — 4. |
Можно |
найти |
этот |
предел |
и |
с |
помощью |
замены |
переменной. |
Обозна |
|
чим х + |
4 = /2, тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim --------- |
—х |
|
= lim 4 |
= |
1 - |
- |
hm |
g T p P + A = - 4 . |
|
|
|
|
2 - V* + 4 |
|
|
|
|
~ ' ^ 2 |
|
|
||
3. П т 4 = 1 -. = п т ( V ^ ~ 1 ) ( V ^ + 0 = Hm j £ + l _ = |
|
||||||||||
*~*1 (-\/7— If |
x-*'1 |
(-\Jx— \y |
|
*-“ 1 -\/x"— 1 |
|
|
3.Пусть /(дс) — дробь, содержащая тригонометрические функц
Для раскрытия неопределенности в этом случае используют первый замечательный предел или эквивалентные бесконечно малые функ ции.
Пример 3.19. |
Найти пределы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
tg 2 3x |
; 2) |
.. |
sin2 JC |
+ JC4 |
3) lim |
1 — cos х |
|
|
|
|
||
1) lim - 2 - ----- |
h m |
----- —f |
------- ; |
---------------X |
|
|
|
|
|
||||
( - ► 0 |
2x |
|
x^O |
bx |
|
x^Q |
|
|
|
|
|
||
Р е ш е н и е . |
|
tg 2 3jc |
|
tg 3 jc ~ 3 jc , |
= |
(3jc) |
.. |
|
9 JC |
||||
1. lim — |
|
|
„ |
hm |
Л — = hm |
- = 0 . |
|||||||
|
|
x^ o |
2x |
|
I tg 2 3jc—(3jc) 2 I |
, ^ o |
2x |
,^ o |
2 |
||||
„ .. |
sin2 jc + jc4 |
I |
.. |
/ |
sin JC |
sin JC . |
Д |
1 |
+ |
J T ) = |
— |
||
2 . hm - |
bx2 |
—= - = ■ |
lim1— |
1( ----------------------------------------- |
jc |
jc |
/ |
5-------------- |
|||||
x _ o |
|
5 |
x^ - » - o |
\ |
|
|
|
|
|||||
. |
1 — cos JC |
,, |
2 sin2(jc/2 ) |
sin JC ~ JC, |
|
2x |
= |
lim — = oo. |
|||||
3. h m -------- |
г------ |
= |
lim ---------- |
|
|
~ —L |
|
|
= |
lim — r |
|||
*-И> |
г |
|
x ^ O |
|
JCJ |
sin |
2 |
|
x - o |
4 JC |
|
о 2 JC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Раскрытие неопределенности вида |
Неопределенное выражение |
||||||||||||
вида — получается при нахождении |
lim f (дс ), |
дс0 £ D{f), |
в основном |
||||||||||
00 |
|
|
|
|
|
|
|
х-*-х9 |
|
|
|
|
|
в тех случаях, когда предельное значение аргумента является беско нечным, а / ( д с ) — рациональная дробь или дробь, содержащая ирра
циональности. ^Если дсоб R, то ^ преобразуют в 1 .^
Выделением множителей дса, а £ R, в числителе и дср, р £ R, в зн а менателе и последующимихсокращением приводим функцию к виду /(дс) = дс°-(7 1(дс), причем xo^DQi). Тогда
! |
0 , |
если |
а |
< |
р, |
|
/1 (дс0), |
если |
а = |
р, |
|
|
оо, |
если |
а |
> |
р. |
1. Пусть f(x) — рациональная дробь вида
ОоХп+ |
a ijc"~ ' |
+ . . . + |
q„ |
_ |
box^ + |
b ^ - ' |
+ ... + |
bm ’ |
° |
Преобразуем эту дробь к виду
85
Находим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
lim f(x) = |
|
|
|
|
|
|
|
-*" |
|
( 0I ,ао! |
п ~ |
т ' |
Ф .1 ) |
||||
|
lim х п т------- ^ ---------- Г ^ ^ Т Т ' |
если |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
l |
1 |
| |
| |
Ьbmт |
|
я i/uj Ь о ’ |
|
m. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
^ |
|
v°°V0.0 -если « > |
|
|||
Пример |
3.20. Найти |
пределы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
,, |
.. |
2* 3 + |
Зх + 4 |
; 2 ) |
.. |
|
4л? + |
5jc2 + 3 |
. . |
.. |
* 4 + |
2* + |
3 |
|
||||
1 ) |
lim |
— г—!------- !— |
lim |
----- ^ —-— |
:— ; |
3) |
lim |
------ |
— ----- . |
|
||||||||
|
X—►оо ^ |
-f- бх -f- 7 |
|
X—►оо |
|
|
7х? -f- бх 4“ |
1 |
Jf—►оо |
JC^ -f- 1 |
|
|
||||||
Р е ш е н и е . |
Д л я |
нахождения |
пределов используем формулу |
(3.1). Тогда: |
|
|||||||||||||
1) |
п = |
3, т = |
5, п < т = > |
lim |
|
2* 3 + |
3* + |
4 |
„ |
|
|
|
|
|
||||
|
JC5 -f- 6 jf "Ь 7 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
||||
2) |
п = т = 3=> lim |
4х? + |
Ьхг + |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
7х3 + |
6 * + |
1 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0 |
4 |
Л |
|
О |
^ |
I' |
|
^ |
“Ь |
|
^Х |
3 |
|
|
|
|
|
|
3) |
п = |
4, т = |
2, |
п > т =>- lim |
------- |
|
;------------- |
|
= |
о о . |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
X—оо |
|
|
X “f" 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
Пусть |
f(x) — дробь, |
|
содерж ащ ая |
иррациональности. |
Тогд |
как и в п. 1 , в числителе и знаменателе дроби выделяются множители
х а, х*, |
где а , |
0 — максимально |
возможные показатели степеней |
|||||||
(а, 0 6 |
Q). Затем производится сокращение дроби на х у (у = |
min(a, Р)). |
||||||||
Пример 3.21. |
Найти |
предел |
lim — |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Р е ш е н и е . |
Имеем |
|
х-~°° -фс* + |
3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
lim — х |
= |
lim |
----- ■* - - = |
1 . |
|
|
|
|
|
|
|
У ** + 3 |
|
x i j l + 3/х? |
|
|
|
|
|
Раскрытие |
неопределенности |
вида 0 - оо. Неопределенное |
выра- |
|||||||
жение |
с \ |
- оо |
сводится к неопределенности |
вида |
0 |
или |
оо |
|||
вида 0 |
|
— . |
Методику раскрытия этой неопределенности покажем на примере.
Пример 3.22. Найти |
предел lim - i- (tg х + 2x2). |
|
х-*-Ол |
Р е ш е н и е . Непосредственная подстановка предельного значения х = 0 приводит |
|
к неопределенности вида |
оо • 0. Преобразовав данное выражение, получим неопреде- |
0 |
|
леииость вида — :
Раскрытие неопределенности вида оо — оо. Неопределенное вы
ражение |
|
вида |
оо — |
оо |
преобразуется к |
неопределенности |
вида |
-5- |
|||||||
ОО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЛИ — . |
|
|
|
|
|
|
|
■. |
1 |
' |
■ |
|
|
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Пример |
3.23. Вычислить |
lim |
(~^х2 '— 2дс — 1 |
— ~\jx2 — 7х-\- 3). |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
х-*-± оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Непосредственная |
подстановка |
предельного |
значения |
аргумента |
||||||||||
х — ± оо |
приводит |
к неопределенности |
вида |
оо — оо. Выполним следующее |
пре |
||||||||||
образование: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
lim |
(~\]х2 — 2х — 1 — д/х2 — 7* + 3) = |
lim |
|
5 х - 4 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
±<х>д/х2 - 2 х |
— 1 + д / х 2 - 7 х + 3 |
|
|||
Получили неопределенность вида — . Раскроем ее, разделив все члены получен- |
|||||||||||||||
иого выражения |
на х. Имеем: |
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ltm |
—— |
|
|
5 — 4 / х |
|
5 |
|
|
|
||||
|
|
-------------- — |
.....................- = — \ х > О, |
|
|
||||||||||
|
|
t±+ ооу J _ 2 / х - 1 / х 2 + y i - 7 /х + З /х 2 |
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
im |
--- - р .' .... |
5 — 4 /х |
|
|
|
|
5 |
|
|
||||
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
- д / l - 2 / х - 1 / х 2 - д / 1 - 7 /х + 3 /х 2 |
|
z |
|
|
||||||||
Раскрытие неопределенности вида 1” . Неопределенное выраже |
|||||||||||||||
ние вида |
1 °° получаем |
при вычислении пределов |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
lim f(x) = lim (<p(x))’,’w, |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Х -К Го |
|
|
X-*-XQ |
|
|
|
|
|
|
|
если lim ip(x) = |
1, a lim I|>(JC) = |
oo. В этом |
случае для раскрытия |
не- |
|||||||||||
Х-*-Хо |
|
|
|
|
Х-*-Хо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определенности |
применяют |
второй замечательный |
предел, |
полагая |
|||||||||||
ф (х )= 1 + а ( х ) |
и преобразуя |
выражение |
к виду |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
lim (ф(х))«М = |
lim (((1 + |
а(х)) '/«MyMtM = |
|
|
||||||||
|
|
Х -*-Хо |
|
|
X -* -X Q |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
l im |
a ( j c ) i |j ( x ) |
lim |
(q> (x)— |
1) (JC) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—— |
g x -*-x 0 |
|
------ g x-*-x0 |
|
|
|
|
|
Приходим к неопределенности вида 0* оо, о раскрытии которой го ворилось выше.
Пример 3.24. Найти |
пределы: |
|
|
1 ) lim(l + sin x)l/x\ |
2 ) l i m f l - b — V . |
|
|
JC-t-0 |
Ж-*-оо\ |
X / |
|
Р е ш е н и е . 1. Так |
как lim (1 -f- sin x ) = |
I, l i m— = 0 0 , имеем неопределен |
|
|
н о |
|
JC- * 0 x |
ность вида 1“ . Д ля ее раскрытия воспользуемся указанной методикой:
|
|
|
|
. |
lim S i f i |
|
|
|
lim ((1 |
+ |
s in x )1/s,n*) * |
= ex~*° |
= e , |
|
|
X -* -0 |
|
|
|
|
.. |
sin jc |
1 . |
|
|
|
|
так как Jim ------ = |
|
|
|
|
||
x - o |
x |
|
|
|
|
|
2. Поскольку |
lim A ^ |
|
=я1,П т х = о о , |
имеем |
неопределенность вида l 00. |
|
|
|
x-*- oo \ |
X / |
x-+ao |
|
|
87