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

Praktikum_po_matematike

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
1.32 Mб
Скачать

x = 6 y 3

x =3

y

x =3

2

x =1

 

y = −1 + 3

 

 

 

 

 

 

y = 2

 

y = 2

 

y = 2 .

 

z =3

 

 

 

 

 

 

z =3

 

z =3

 

z =3

Таким образом, тройка чисел (1, 2, 3) – решение системы. Проверим

это подстановкой в исходную систему.

 

 

2x + y + 3z =13

2

1 + 2 + 3 3 =13

13 =13

 

 

+ 2 + 3 = 6

 

= 6 .

x + y + z = 6

1

6

 

 

1 + 2 + 3 =8

 

=8

3x + y + z =8

3

8

Все уравнения системы обратились в верные числовые равенства, следовательно, (1, 2, 3) действительно решение системы.

Ответ: {(1; 2; 3)}

Пример 2. Решить систему уравнений

x

+ x

2

+ x

+ x

4

=1;

 

1

 

3

 

 

x1 + x2 x3

 

 

= 2;

 

 

x2 + x3

 

= 0.

 

 

 

Решение. В этом примере мы имеем 4 неизвестных и только 3 уравнения. Из трёх уравнений можно найти не более трёх неизвестных, следовательно, одну неизвестную придётся считать произвольной. Пусть произвольной неизвестной будет x4.

Вычтем из второго уравнения первое:

 

 

x

+ x

2

+ x

+ x

4

=1;

 

1

 

3

 

 

 

 

 

2x3

x4 =1;

 

 

x2 + x3

 

= 0.

 

 

 

Перенесём члены с x4 в правую часть и поменяем местами второе и третье уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+ x

2

+ x

3

=1 x

4

;

x

=1 x

4

x

2

x

;

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

x2 + x3 = 0;

 

 

x2 = −x3 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x3 =1 + x4 .

 

1 + x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= − 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

30

Считая x4 =t произвольным вещественным числом, находим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + t

 

 

 

 

 

 

 

x3

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + t

 

 

 

 

1

+ t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

.

 

 

 

 

 

 

x2

= −

 

2

 

 

 

 

x2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1 t

1

+ t

 

1 + t

 

x1

=1 t

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

2

− −

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, решением системы будет набор четырёх чисел

 

(x

; x

 

; x

; x

 

 

t;

1 + t

;

1 + t

 

где t

любое вещественное число.

 

 

)= 1

2

 

 

2

; t ,

1

 

2

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Других решений система не имеет.

Хотя t R – произвольное вещественное число, решением системы является отнюдь не любая четвёрка чисел. Числа четвёрки, являющейся решением системы, – не произвольный набор чисел. Они связаны между собой уравнениями системы. Другое дело, что четвёрок чисел, являющихся решением системы, бесконечно много, так как каждому значению произвольной неизвестной t R (а таких значений бесконечно много) соответствует своя четвёрка.

 

 

1

 

1

 

1

 

1

 

 

Ответ: 1

t;

 

+

 

t;

 

 

t; t

, t R .

2

2

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Решить систему уравнений

 

Решение.

 

x y + z =3

x y + z =3

 

 

 

3y z =5

2x + y + z =11

 

 

+ y + 2z =8

 

2 y + z =5

x

 

x y + z = 3

x =3 +

 

2 y + z = 5 z = 5

 

5y =10

 

 

y = 2

x y + z =3;2x + y + z =11;x + y + 2z =8.

y z

2 y

31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = 3 + 2 z = 5 z

x =5 1 = 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = 5 2 2 =1

z =1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 2

 

 

 

y = 2

 

Система имеет единственное решение.

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: {(4; 2; 1)}.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1 + x2 + x3 =1;

 

Пример 4. Решить систему уравнений 2x1 + x2 + x3 = 2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x1 + 2x2 + 2x3 = 3.

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+ x

 

+ x =1

 

x

+ x

 

+ x

 

=1

x1

=1

x

=1

 

1

 

2

 

3

 

1

 

2

 

3

 

1

 

 

2x1 + x2 + x3 =

2

x2 + x3

= 0

= −x3

x2 = t R .

 

 

 

 

 

+ 2x3

= 3

 

x2 + x3 = 0

x2

 

= −t

 

3x1 + 2x2

 

 

 

x3

 

Система имеет бесконечное множество решений {(1;

t; t )} при любых

t R . Например, (1; 2; –2) при t = 2 , (1; –2; 2) при t = −2 и др.

Ответ: {(1; t; t )}, t R .

 

 

 

x + y + z =1;

Пример 5. Решить систему уравнений 2x + 2 y + 2z = 3;

 

 

 

3x + 3y + 3z = 4.

Решение.

x + y + z =1

 

x + y + z =1

 

2x + 2 y + 2z = 3

0 =1

(неверное числовое равенство).

3x + 3y + 3z = 4

 

0 =1

 

Система не имеет решений (система несовместна). Ответ: нет решений.

32

3 . 5 . ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Решить системы уравнений:

x + y z = 2

2x + y z = 6

1) 2x y + 4z =1

2) 3x y + 2z =5

x + 6 y + z =5

4x + 2 y 5z =9

2x + y + 3z =13

2x + y + z = 7

4) x + y + z = 6

5) x + 2 y + z =8

3x + y + z =8

x + y + 2z =9

x + y + z =1

4x + 2 y + 3z = −2

7) 3x + 2 y + 2z =1

8) 2x +8y z =8

4x + 3y + 3z = 4

9x + y +8z = 0

x2 y = 2

3)4x y + 3z = −33x + 2 y 2z = 3

x + 2 y + 3z = 3

6)3x + y + 2z = 72x + 3y + z = 2−+ z6

x2 + x3 = 5

9)x1 + 2x2 2 x3 =− 63x1 + x2 x3 = −12x1

Ответы:

1) {(1;1;0)}; 2) {(2;3;1)}; 3) {(1;6;2)}; 4) {(1;2;3)}; 5) {(1;2;3)}; 6) {(2;1;1)}; 7) нет решения (система несовместна); 8) нет решения (система несовмест-

на); 9) 4

;

17

+ t; t ; t R .

5

 

5

 

33

4. ПРЕДЕЛ И НЕПРЕРЫВНОСТЬ ФУНКЦИИ

4 . 1 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ФУНКЦИИ

Определение 4.1. Предел функции y = f (x) в точке x = a

это число B, для которого по любому сколь угодно малому ε > 0 найдется такое δ(ε)> 0 , что любое значение x, удовлетворяющее

неравенствам 0 < x a < δ(ε), удовлетворяет и неравенству f (x)B < ε.

Рис. 4.1. Графическая интерпретация понятия

предел функции в точке

Обозначение: lim f (x)= B .

xa

34

 

Определение 4. 1 можно записать в математических символах:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x a

 

< δ(ε)

 

f (x)B

 

< ε).

 

 

 

 

 

 

 

 

lim f (x)= B ( ε > 0 δ(ε)> 0: x :0 <

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 4.2. Предел функции y = f (x) в бесконечности

 

(при x →∞) – это число B, для которого по любому сколь угодно

 

малому

ε > 0 найдётся такое

M (ε)> 0 ,

что любое значение x,

 

удовлетворяющее неравенству

 

x

 

> M ,

удовлетворяет и нера-

 

 

 

 

венству

 

 

f (x)B

 

< ε.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.2. Графическая интерпретация понятия

предел функции в бесконечности

Обозначение: lim f (x)= B .

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 4. 2 в математических символах:

 

 

 

 

 

( ε > 0

M (ε)> 0: x:

 

x

 

> M (ε)

 

f (x)B

 

< ε) .

 

 

 

 

 

 

lim f (x)= B

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 4.3.

Бесконечный предел функции y = f (x)

это предел y = f (x)

в такой точке x = a , в окрестности которой

по любому сколь

угодно большому M > 0

найдётся такое

δ(M )> 0 , что любое значение x, удовлетворяющее неравенствам

0 <

 

x a

 

< δ(M ), удовлетворяет и неравенству

 

 

f (x)

 

> M .

 

 

 

 

35

Обозначение: lim f (x)= ∞.

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 4. 3 в математических символах:

 

 

 

( M > 0

δ(M )> 0:

x: 0 <

 

x a

 

< δ

 

f (x)

 

> Μ).

 

 

 

 

 

lim f (x)= ∞

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

O a

Рис. 4.3. Графическая интерпретация понятия

бесконечный предел функции

Необходимое и достаточное условия существования предела функции

в точке x0. Для того, чтобы в точке x0 (не обязательно из области опре-

деления функции y = f (x)) существовал предел lim f (x), необходимо и

xx0

достаточно, чтобы в точке x0 существовали и были равны между собой пределы слева и справа:

1)

lim

f (x) – существует предел слева;

 

xx0 0

2)

lim

f (x) – существует предел справа;

 

xx0 +0

3)

lim

f (x)= lim f (x).

 

xx0 0

xx0 +0

36

4 . 2 . ТЕОРЕМЫ О ПРЕДЕЛАХ

Теорема 4.1. Если функция имеет предел в точке x = a , то этот предел единственный.

Теорема 4.2 (о пределе промежуточной функции). Если lim f1 (x)= B ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

lim f2 (x)= B и f1 (x)f (x)f2 (x) в некоторой окрестности точки x = a ,

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кроме, может быть, самой точки а, то lim f (x)= B .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 4.3. Если c – постоянная ( c = const ), то lim c = c .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

Теорема 4.4. Если lim f

 

(x)= B

и lim f

2

(x)= B

, то

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

1

 

 

 

 

 

1

 

xa

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) lim(f

 

(x)+ f

2

(x))

=lim f

(x)+lim f

2

(x)= B

+ B

2

;

xa

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

1

 

 

 

xa

 

 

1

 

 

2) lim[f

 

(x) f

2

(x)]= lim f

 

(x) lim f

2

(x)= B B ;

 

 

xa

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa 1

 

 

 

xa

 

 

 

 

1

2

 

 

3) lim

 

f1

(x)

=

limxa

f1 (x)

 

=

 

B1

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim f

 

(x)

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

f

2

(x)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) lim[f1

 

 

f

(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

f

(x)

= B1

B

 

 

 

(x)] 2

 

 

 

 

= [lim f1 (x)]xa

2

 

2 .

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следствие. lim[c f (x)]= c lim f (x),

где c = const.

 

 

 

 

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

4 . 3 . ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ПРЕДЕЛЫ

Первый замечательный предел

lim

sin x

=1.

x0

x

 

Второй замечательный предел

1

lim (1 + x) x = e ,

x0

где e ≈ 2,7183(основание натуральных логарифмов).

Часто используют следствия из второго замечательного предела:

1) lim

x→∞

2) lim

x0

3) lim

x0

 

+

1 x

 

 

 

 

 

 

1

= e ;

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

loga (1 + x)

=

1

, a > 0 a 1 lim ln (1 + x)

=1 (a = e);

 

ln a

 

x

 

 

 

 

x0

x

 

ax 1

= ln a, a > 0 lim

ex 1

=1

(a = e).

 

 

x

 

x

 

 

 

 

x0

 

 

 

4 . 4 . ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ БЕСКОНЕЧНО МАЛЫЕ

Определение 4.4. Бесконечно малая величина в точке x = a

(при x a ) – это такая функция α = α(x), что lim α(x)= 0 .

 

xa

Например, функция y =sin x при

x 0 (и вообще при x → πk ,

k Z ) и функция y = 2x 3 при x 3 2

– бесконечно малые функции

(или просто бесконечно малые).

Следует обратить внимание на условие x a («привязка» к точке x = a ) в определении бесконечно малой. Из примеров видно, что одна и та же функция может быть бесконечно малой в одной точке (при x a или при x →∞) и не быть ею в других точках (при x b a ).

38

Определение 4.5. Эквивалентные бесконечно малые (в точке

x = a ) это такие бесконечно малые при x a α1

(x)

и α2 (x),

что lim

α1

(x)

=1.

 

 

α2

 

 

 

xa

(x)

 

 

Эквивалентность бесконечно малых обозначим знаком

приближённо равно.

Эквивалентные бесконечно малые (при x 0 ):

 

 

sin x x ;

(1 ± x)m 1 ≈ ±mx ;

 

 

1 cos x

x2

 

 

 

x

 

 

 

 

;

n 1 + x 1 n ;

 

 

 

2

 

 

 

tg x x ;

m

 

m

mx

 

m

 

 

 

 

(a ± x)

a

 

≈ ± a

a

 

;

, смысл которого

ex 1 x ; ax 1 xln a ; ln(1 ± x)≈ ±x .

4 . 5 . РАСКРЫТИЕ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЕЙ

4.5.1. Раскрытие неопределённости вида .

Рассмотрим предел отношения двух многочленов степеней m и n (предел дробно-рациональной функции) при x →∞:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

0

xm

+ a xm1 +... + a

m

, (a

 

 

 

 

0).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0, b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b xn

+ b xn1 +... + b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

)= ∞ и

 

 

 

 

 

 

 

 

Предел числителя

lim(a

0

xm + a xm1

+... + a

m

 

 

предел

знаменателя

 

(b xn + b xn1

 

x→∞

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

+... + b )= ∞,

следовательно,

 

имеет

 

место

неопределён-

x→∞

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность вида

. Раскроем её:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xm (a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xm )

 

 

 

 

 

 

 

a

0

xm

+ a xm1 +... + a

m

 

 

 

 

0

+ a

x +

... + a

m

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

b xn

+ b xn1

+... + b

 

 

 

xn (b

+ b

x +

 

... + b

 

xn )

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

xm )

 

 

 

 

 

x

m

(a0 + a1

x +...

+ am

 

x

m

 

 

 

 

 

m

 

 

lim(a0 + a1

x +... + am

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= xlim→∞

 

(b + b

x +... + b

xn )

= xlim→∞

 

 

 

 

lim(b

+ b

x +... + b

xn )

.

xn

xn

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

0

 

 

1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Легко видеть, что

39

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]