2. Вычисление пределов

1. Правила предельного перехода

Множество , дополненное двумя бесконечно удаленными точками, называется расширенной числовой осью и обозначается.. Арифметические операции над бесконечно удаленными точками будем осуществлять по следующим правилам:

1. ,. 4.,.

2. . 5.,.

3. . 6.,.

Операции не определены.

Правила 1 и 4 – 6 определены вне зависимости от знака бесконечности.

Пусть . Если прифункциииимеют конечные или бесконечные пределы, а– некоторая постоянная, то

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Формула (2.4) вытекает из формулы (2.2), если в качестве одного из сомножителей взять постоянную функцию . Приведенные формулы известны как теоремы о пределе суммы, произведения и частного.

Замечание.Операцию деления на ноль в правиле 6 нужно воспринимать в смысле предельного перехода, т. е. еслии, но, то.

По формуле (2.3) и в силу правил 5, 6 имеем: если и, то; обратно, если, то. Таким образом, функция, обратная к бесконечно малой, является бесконечно большой и наоборот, функция, обратная к бесконечно большой, является бесконечно малой. Например, так как(1.2), то

. (2.5)

Рассмотрим композицию функций [1, 104]. Пусть функцияимеет конечный или бесконечный предел при, т. е., а функциянепрерывна в точке. Тогда верна формула для предела композиции функций

(2.6)

Пример 2.1. Вычислить.

Решение.Воспользуемся формулам (2.1), (2.4) и непрерывностью постоянной и степенной функций (1.1):

=

= 3∙16 + 2∙4 – 2 + 1 = 55.

Обобщим полученный результат: предел многочлена при равен значению многочлена в точке.

Пример 2.2. Вычислить.

Решение. По формуле о пределе частного и правилу 5, получаем:

.

Пример 2.3. Вычислить,,.

Решение. Для всех слагаемых, за исключением последнего, имеем:

. Соотношения,можно использовать для вычисления предела многочлена только, если все слагаемые многочлена стремятся к бесконечности одного и того же знака. В общем случае это не так, потому что знак пределапри нечетномопределяется не только знаком, а зависит еще и от знака(1.2).

[вынесем из каждого слагаемого, в качестве общего множителя, переменную в наивысшей степени] =

[2.5]=

[по правилу 4]=.

Итак, любой многочлен, степень которого не меньше 1, является бесконечно большой функцией при .

Пример 2.4. Вычислить.

Решение. Внутренняя показательная функцияявляется бесконечно малой при, так как ее основание. Внешняя функциянепрерывна в точке 0. По формуле (2.6) имеем:

.

Пример 2.5. Вычислить.

Решение. Сначала применим к многочлену, стоящему под корнем, прием, рассмотренный в примере 2.3.

[воспользуемся формулой о пределе произведения и учтем, что] =

[применим формулу о пределе композиции функций] =.

Рассмотрим предел. Согласно результату, полученному в примере 2.5, имеем:. Однако данная операция над бесконечно удаленными точками не определена. При столкновении с какой-либо из неопределенных ситуаций: , принято говорить, что имеет место неопределенность соответствующего типа. Процесс вычисления предела в случае наличия неопределенности принято называть «раскрытием неопределенности». Раскрытию неопределенностей различных типов будет посвящен следующий раздел, в котором вернемся к подобному пределу.