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

Герасимович(математический анализ)

.pdf
Скачиваний:
468
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
5.61 Mб
Скачать

оо 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

;

.. 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. = 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 ~

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 дсо)а , а 6 R-

Основная

трудность

раскрытия неопреде­

ленности в этом случае состоит в выделении

множителей вида

— 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

 

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 — 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