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

Тетрадь 3 (функция одной переменной)

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
9.33 Mб
Скачать

Диференціал функції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y f (x) обчислюють за формулою dy f (x)dx .

 

 

 

5.2. Запишіть вираз x5у вигляді диференціала?

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

В

 

Г

 

 

 

 

Д

 

 

 

dx6

 

 

 

 

1

dx6

 

 

 

 

 

5dx4

 

dx4

 

 

 

 

інша

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

відповідь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диференціал функції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y f (x) обчислюють за формулою dy f (x)dx .

 

 

 

5.3. Оберіть хибну рівність.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

В

Г

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

xdх 0,5d (x2 )

 

 

 

 

d (ln x)

 

 

 

 

 

d (tgx)

exdх d (ex )

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

x

 

cos

2

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x

 

Диференціал функції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y f (x) обчислюють за формулою dy f (x)dx .

 

 

 

5.4. Оберіть правильну формулу для приблизного обчислення функції.

 

x

А

ln(x x) ln x x

Б

(1 x)n 1 n x

В

cos(х x) cos x sin x x

Г

sin( x) x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

х x

х

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для приблизного

обчислення

значення

функції

 

 

використовують формулу

f (x x) f (x) f (x) x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.5.

 

Укажіть,

для

яких невизначеностей

 

 

можна

безпосередньо

застосовувати правило Лопіталя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

Б

 

В

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

Д

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Правило Лопіталя застосовується для розкриття так званих «основних»

невизначеностей – невизначеностей виду

0

та

.

 

 

0

 

 

113

5.6.

Укажіть,

для обчислення яких границь, з наведених нижче, не можна

застосувати правило Лопіталя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

Б

 

 

 

В

Г

 

Д

 

x5 1

 

 

 

x5 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

lim

 

 

lim

 

 

x 2

 

lim

ln x

 

lim

ln x

 

x3 x 2

 

x 2

 

x2 4

ex

 

 

 

x 1

x x3

 

x 4

x

 

x 0

х

 

Правило Лопіталя застосовується для розкриття так званих «основних»

невизначеностей – невизначеностей виду

 

0

 

та .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.7. Визначте, в якому з наведених прикладів правильно застосовано правило Лопіталя.

 

А

 

 

 

lim

ex

 

lim

ex lim

ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

x

 

x 0

x

x 0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x 1 ln x

 

Б

 

 

 

ln x

 

 

 

 

 

 

ln x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

lim

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

lim

ln x

lim

ln x

lim

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

x

 

 

 

x x

 

 

 

Г

 

lim

ex 1

 

lim

ex 1

lim

ex

 

lim

ex

 

 

 

 

x

 

1

 

 

 

x 0

x

 

 

 

x 0

 

x 0 1

 

 

 

x 0

 

Д

 

 

 

lim

 

ln x

lim

ln x

lim

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

x 0

 

 

 

 

x 0

 

 

Нехай функції

f x , g x задовольняють умовам:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

визначені й диференційовані в околі точки x0 , за винятком, можливо, самої точки x0 ,

причому g x 0 у цьому околі;

 

 

 

 

 

 

 

2)

lim f x lim g x 0 , тобто f x , g x – одночасно малі при x x0 ;

 

x x0

x x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

є скінченна границя lim

f x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

g x

 

 

 

 

 

 

 

Тоді є границя відношення функції lim

f x

і

lim

f x

lim

f x

.

 

g x

 

 

 

 

 

x x0

g x

x x0

x x0

g x

 

 

Нехай функції f x , g x задовольняють умовам:

 

 

1)

визначені й диференційовані в околі точки x0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

114

 

 

 

 

 

2) lim f x lim g x ,

g x 0 у цьому околі;

 

 

 

 

x x0

x x0

 

f x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) є скінченна границя lim

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

 

g x

 

 

 

 

 

 

 

 

Тоді є границя відношення функцій lim

f x

і

lim

f x

lim

f x

.

 

 

 

 

x x0

g x

 

 

x x0

g x

x x0

g x

 

Учимося розв’язувати типові задачі

5.8. Знайдіть диференціал функції y lnsin 2x : а) при довільних значеннях x і x ;

б) при x 8 ;

в) при x

 

і x 0,1.

 

8

 

Хід розв’язання.

Крок 1. Знайдіть похідну функції y lnsin 2x .

y lnsin 2x

1

 

...

...

 

...

 

 

 

 

Застосуйте формули диференціювання складених функцій: lnU U1 U , де

 

 

cosU U , де U 2x .

U sin 2x та sinU

Крок 2. Знайдіть диференціал функції y lnsin 2x .

dy

...

dx

Для

знаходження диференціала функції y f (x) застосуйте формулу

dy f (x)dx .

 

 

115

 

Крок 3. Знайдіть значення диференціала dy 2ctg2xdx при x .

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

2ctg 2 ... dx

 

 

2dx

 

 

 

 

dy

x

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підставте значення x

 

у формулу dy 2ctg2xdx .

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

Крок 4. Знайдіть значення диференціала dy 2ctg2xdx

при x

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

x 0,1.

 

 

 

 

 

 

 

 

2ctg 2 ...

 

 

 

0.2

 

 

 

dy

x

...

...

 

 

 

 

, x 0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скористайтесь тим, що диференціал dx незалежної змінної x

збігається з її

приростом x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підставте значення x

 

і x dx 0,1

у формулу dy 2ctg2xdx .

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

Відповідь: а) dy 2ctg2xdx ; б) dy 2dx ; в) dy 0,2.

5.9. Знайдіть наближене значення sin 46 .

Хід розв’язання.

Крок 1.

Розгляньте функцію f (x) sin x та знайдіть її похідну.

 

 

...

f (x) sin x

Застосуйте формулу: sin x cos x .

Крок 2. Запишіть формулу наближених обчислень за допомогою диференціала для функції f (x) sin x . Маємо:

116

f (x) sin x

 

f (x x)

...

sin(... ...) sin x

... ...

Для наближених обчислень значень функції використовують формулу:

f (x x) f (x) f (x) x .

 

 

 

 

 

 

Крок

3.

Обчисліть

наближене значення sin 46 . Для

цього

в

отриманій

формулі

для

наближених обчислень покладіть

x

 

і

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

0,017 .

 

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x x sin x cos x x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin ... cos ... ...

 

 

 

sin 46 sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скористайтесь тим, що sin 46 sin 45 1 sin

 

 

 

 

.

 

 

 

 

4

 

180

 

Згадайте значення sin

 

 

 

2

,

cos

 

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

4

 

2

 

 

4

 

2

 

Відповідь: sin 46 0,72.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.10. Знайдіть d 3 y , якщо y cos3x .

 

 

 

 

 

Хід розв’язання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Крок 1. Знайдіть похідні

 

 

 

 

функції y cos3x .

y , y , y

 

y cos3x

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 3sin 3x

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 9cos3x

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

117

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

Застосуйте формули диференціювання складених функцій: cosU sinU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

та sinU cosU U .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Крок

2.

Знайдіть

диференціал

третього

порядку

d 3 y

функції

y cos3x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 3 y

 

...

 

dx3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n им диференціалом d n y функції

y f (x) або диференціалом

n го порядку

називається

 

диференціал

від

диференціала

n 1 го

порядку:

d n y d d n 1 y f n (x)dxn . Отже,

d 3 y f (x)dx3 .

 

 

 

 

 

Відповідь:

d 3 y 27sin3xdx3 .

 

 

 

 

 

 

 

5.11. Обчисліть границю lim

e5 x e3x

за правилом Лопіталя.

 

 

 

sin 3x sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

Хід розв’язання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Крок 1.

З’ясуйте, як поводять себе чисельник і знаменник дробу при

x 0

і визначте вид

невизначеності.

Для цього підставте

граничне

значення аргументу x 0 у функцію, для якої обчислюється границя.

 

 

e0

e0

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

sin 0

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

x 0

чисельник і знаменник дробу є нескінченно малими функціями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Відношення двох нескінченно малих величин позначається невизначеністю виду

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Крок 2. Скористайтесь правилом Лопіталя для обчислення вказаної границі. Для цього продиференціюйте чисельник та знаменник дробу

e5 x e3x . sin 3x sin x

118

 

e5 x e3x

 

0

 

e5 x e3x

 

...

...

 

lim

 

 

 

 

lim

 

lim

 

 

 

sin 3x sin x

 

sin 3x sin x

 

...

x 0

 

0

x 0

x 0 ...

 

 

Теорема (правило Лопіталя розкриття невизначеності

0

). Нехай функції

 

 

f x ,

g x задовольняють умовам:

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) визначені й диференційовані в околі точки

x0 , за винятком, можливо, самої

 

точки x0

, причому g x 0 у цьому околі;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) lim f x lim g x 0 , тобто f x , g x – одночасно малі при x x0 ;

 

x x0

x x0

f x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) є скінченна границя lim

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

g x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

lim

f x

lim

 

f

 

x

 

 

Тоді є границя відношення функції lim

і

 

 

.

 

 

g x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

g x

x x0

x x0

 

g x

Застосуйте формули диференціювання складених функцій: eU eU U та

 

 

cosU U .

 

 

sinU

 

 

 

Крок 3. З’ясуйте,

як поводять себе чисельник і знаменник дробу

 

5e5 x

3e3x

 

 

 

 

 

при x 0 . Обчисліть отриману границю.

 

 

 

 

3cos3x cos x

 

 

 

 

5e0 3e0

 

 

 

lim

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

x 0

3cos0 cos0

 

 

 

 

Підставте граничне

значення аргуметна x 0 у чисельник і знаменник

отриманого виразу. Значення функцій y cos x та y ex

для x 0 : cos 0 1, e0 1 .

 

 

При x 0 чисельник і знаменник дробу є

скінченно величинами, тобто

невизначеності немає.

 

 

Відповідь: 1.

119

5.12. Обчисліть границю lim ln sin 5x за правилом Лопіталя. x 0 ln sin 2x

Хід розв’язання.

Крок 1. З’ясуйте, як поводять себе чисельник і знаменник дробу при x 0 і визначте вид невизначеності. Для цього, підставте граничне значення аргументу x 0 у функцію, для якої обчислюється границя.

 

ln sin 0

 

...

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

x 0

ln sin 0

 

...

 

Згадайте значення функції y sin x для x 0 : sin 0 0 . Скористайтесь тим, що якщо x 0 , то ln x .

При x 0 чисельник і знаменник дробу є нескінченно великими функціями. Відношення двох нескінченно великих величин позначається невизначеністю виду

.

Крок 2. Скористайтесь правилом Лопіталя для обчислення вказаної границі. Для цього знайдіть похідні чисельника та знаменника дробу

ln sin 5x . ln sin 2x

lim ln sin 5x x 0 ln sin 2x

 

 

 

ln sin 5x

 

 

 

lim

 

lim

 

 

 

x 0

ln sin 2x

x 0

 

 

1

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема (правило Лопіталя розкриття невизначеності

). Нехай функції

f x ,

g x задовольняють умовам:

 

 

 

 

 

1)

визначені й диференційовані в околі точки x0 , за винятком, можливо, самої

 

 

точки x0 , причому g x 0 у цьому околі;

 

 

 

2)

lim f x lim g x , тобто f x , g x

– одночасно великі при x x0 ;

 

 

x x0

x x0

 

 

 

 

 

120

 

 

3) є скінченна границя lim

f x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

g x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

lim

f x

lim

f

 

x

 

Тоді є границя відношення функції lim

і

 

.

 

 

g x

 

 

 

g x

 

 

 

 

x x0

 

x x0

x x0

g x

Застосуйте формули диференціювання складених функцій: lnU U1 U та

 

 

 

 

cosU U .

 

 

 

 

sinU

 

 

 

 

 

 

 

Крок 3.

З’ясуйте,

як поводять себе чисельник і знаменник дробу

 

5

 

tg 2x

 

при x 0 .

 

 

 

2

tg5x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

5

 

tg0

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

2

 

tg0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підставте

граничне

значення аргуметна x 0 у чисельник і знаменник

отриманого виразу. Згадайте значення функції y tg x для x 0 : tg 0 0 .

 

 

 

 

 

 

При

x 0

чисельник і знаменник дробу є нескінченно малими величинами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Відношення двох нескінченно малих величин позначається невизначеністю виду

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Крок 4.

Зважаючи,

що x 0 , в чисельнику і знаменнику дробу

 

5

 

tg 2x

 

функції tg2x і tg5x можна замінити еквівалентними нескінченно

2

tg5x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

малими функціями.

 

 

 

 

 

 

При

x 0

 

 

 

 

tg 2x ~ tg 5x ~

Скористайтесь тим, що коли x 0 , то tg x ~ x .

121

Крок 5. Підставте відповідні еквівалентні нескінченно малі функції у

границю

lim

5

 

tg2x

, проведіть скорочення дробу та обчисліть значення

2

tg5x

 

 

 

 

x 0

 

 

границі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

tg2x

 

 

 

0

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

2

 

 

tg5x

 

 

 

0

 

У результаті проведених перетворень дріб скорочується на x , що позбавляє функцію невизначеності при x 0 .

Відповідь: 1.

5.13. Обчисліть границю lim x e x за правилом Лопіталя.

x

Хід розв’язання.

Крок 1. З’ясуйте, як поводить себе кожен множник під знаком границі при x і визначте вид невизначеності.

lim x e x ... ...

x

Скористайтесь тим, що при x маємо, що e x 0 .

При x перший множник є нескінчено великою, а другий – нескінчено малою функцією. Добуток нескінченно великої та нескінченно малої функції

позначається невизначеністю виду 0 .

Крок 2. Запишіть добуток x e x у вигляді частки функцій. З’ясуйте вид невизначеності в отриманій границі.

lim x e x 0 lim

x

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x ...

 

...

 

 

Для функції e x скористайтесь тим, що e x

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

ex

 

 

 

 

122