
- •Раздел 2. Теория пределов и непрерывность функций
- •2.1. Теория пределов
- •2.1.1. Множества на числовой оси
- •Определение 2.1.1
- •Определение 2.1.2
- •Определение 2.1.3
- •Определение 2.1.4
- •Определение 2.1.5
- •Определение 2.1.6
- •2.1.2. Определение предела функции
- •Определение 2.1.7
- •Задача 2.1.1
- •Решение
- •2.1.3. Односторонние пределы
- •Определение 2.1.8
- •Определение 2.1.9
- •Задача 2.1.2
- •Решение
- •2.1.4. Основные теоремы о пределах
- •Теорема 2.1.1. (Единственность предела)
- •Доказательство. (От противного)
- •Теорема 2.1.2. (Предельный переход в неравенстве)
- •Доказательство
- •Доказательство
- •Теорема 2.1.4. (О сжатой функции)
- •Доказательство
- •Теорема 2.1.5. (Первый замечательный предел)
- •2.1.5. Арифметические операции над функциями, имеющими конечный предел. Неопределенности
- •Задача 2.1.3
- •Задача 2.1.4
- •Задача 2.1.5
- •Решение
- •Задача 2.1.6
- •Решение
- •2.1.6. Ограниченные и неограниченные функции
- •Определение 2.1.10
- •Теорема 2.1.6
- •Доказательство
- •Теорема 2.1.7
- •Доказательство
- •Теорема 2.1.8
- •Доказательство
- •2.1.7. Бесконечно малые и бесконечно большие функции (б.м. и б.б.)
- •Определение 2.1.11
- •Теорема 2.1.9
- •Доказательство
- •Определение 2.1.11
- •Свойства б.м. и б.б. функций
- •Теорема 2.1.10
- •Доказательство
- •Теорема 2.1.11
- •Доказательство
- •Следствия:
- •Теорема 2.1.12
- •Доказательство
- •2.1.8. Сравнение бесконечно малых и бесконечно больших функций (б.м. и б.б)
- •Определение 2.1.12
- •Задача 2.1.7
- •Решение
- •Определение 2.1.13
- •Примеры
- •Свойства эквивалентных б.м.
- •Определение 2.1.14
- •Свойства эквивалентных б.б. функций
- •2.1.9. Главная часть б.м. и б.б. функций
- •Определение 2.1.14
- •Определение 2.1.15
- •Задача 2.1.8
- •Решение
- •Определение 2.1.16
- •Задача 2.1.9
- •Задача 2.1.10
- •Решение
- •2.1.10. Показательные неопределенности
- •Задача 2.1.11
- •Задача 2.1.12
- •Решение
- •2.2. Непрерывность функций
- •2.2.1. Непрерывность функции в точке. Свойства функций, непрерывных в точке. Непрерывность элементарных функций.
- •Определение 2.2.1
- •Определение 2.2.2
- •Определение 2.2.3
- •Теорема 2.2.1
- •Доказательство
- •Теорема 2.2.1
- •Доказательство
- •Определение 2.2.4
- •2.2.2. Классификация точек разрыва
- •1. Устранимый разрыв
- •2. Неустранимый разрыв первого рода
- •3. Неустранимый разрыв второго рода
- •Задача 2.2.1
- •Решение
- •Задача 2.2.2
- •Решение
- •Задача 2.2.3
- •Решение
- •Задача 2.2.4
- •Решение
- •2.2.3. Непрерывность функций на промежутке. Свойства функций, непрерывных на промежутке
- •Определение 2.2.5
- •Определение 2.2.6
|
|
lim |
sin x |
= 1 |
― первый замечательный предел. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
x→0 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Рассмотрим − π2 < x < π2 , x ≠ 0 . Тогда в силу нечётности справедливо неравенство |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
|
sin x |
|
< |
|
x |
|
< |
|
tg x |
|
, |
(x ≠ 0), 1 < |
|
|
< |
|
. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
sin x |
cos x |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Так как в Ι и ΙV четвертях все выражения под знаком модуля положительные (в ΙV |
||||||||||||||||||||||||||||
четверти x < 0 и sin x < 0 ), то |
1 < |
x |
< |
1 |
|
1 > |
sin x |
|
> cos x . Так как |
|||||||||||||||||||
sin x |
cos x |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|||||
lim cos x =1, то по теореме о сжатой функции существует lim |
sin x |
=1. |
||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→0 |
x |
|
2.1.5. Арифметические операции над функциями, имеющими конечный предел. Неопределенности
При вычислении пределов функций необходимо знать следующие теоремы:
|
lim С = С , где С = const ; |
(1) |
||||||
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
|
lim |
Сf (x) = С lim |
f (x) , где С = const . |
(2) |
|||||
x→x0 |
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
|
Если существуют конечные пределы lim |
f (x) = A и lim g(x) = B , то |
|||||||
|
x→x0 |
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
lim ( f (x) + g(x)) = A + B ; |
(3) |
||||||
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
lim ( f (x) g(x)) = A B ; |
(4) |
||||||
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
f (x) |
= |
|
A |
, где В ≠ 0 ; |
(5) |
|
|
g(x) |
|
B |
|||||
|
x→x0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
lim g(x) |
|
|||
|
|
x→x |
0 |
. |
(6) |
|||
lim (f (x))g(x) = lim f (x) |
|
|
||||||
x→x0 |
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
|
Кроме того, мы будем пользоваться тем, что для основных элементарных функций f (x) в любой точке их области определения имеет место равенство
lim |
|
|
(7) |
f (x) = f lim |
x . |
||
x→x0 |
x→x0 |
|
|
Теоремами (1) – (6) можно пользоваться и в том случае, если |
lim f (x) = ∞ или |
||
|
|
|
x→x0 |
lim g(x) = ∞. Однако в этом случае использование теорем о пределах может привести к
x→x0
неопределенным выражениям.
Рассмотрим все возможные случаи, которые могут встретиться при вычислении пределов.
Пусть lim f (x) = A и |
lim g(x) = B . |
||
|
x→x0 |
x→x0 |
|
1. Вычисление предела суммы f ( x) + g( x) . |
|||
1. |
A, B – конечные числа |
lim ( f (x) + g(x)) = A + B . |
|
|
|
|
x→x0 |
2. |
A = +∞, B = +∞ |
|
lim ( f (x) + g(x)) = [+∞ + ∞] = +∞. |
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
10 |

3. |
A = −∞, B = −∞ |
lim ( f (x) + g(x)) = [−∞ − ∞] = −∞. |
||
|
|
|
x→x0 |
|
4. |
A = ∞, B – конечное число |
lim ( f (x) + g(x)) =[∞ + В] = ∞ . |
||
|
|
x→x0 |
||
5. |
A = +∞, B = −∞ |
|
lim ( f (x) + g(x)) =[+∞ − ∞] |
. |
|
|
|
x→x0 |
|
Последнее выражение не определено, его принято называть неопределённостью вида [∞ − ∞] .
Задача 2.1.3
Вычислить предел lim (3x2 + 5х −1) . |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
x→1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из формул (2), (4), (1) и (3) следует, что |
|
|
|
||||||||
|
lim (3x |
2 |
+ 5х −1) |
|
2 |
2 |
+ 5 |
1 −1 |
= 7 . |
||
|
|
= 3 lim х |
+ 5 lim х − lim 1 = 3 1 |
||||||||
|
x→1 |
|
|
x→1 |
|
x→1 x→1 |
|
|
|
||
2. Вычисление предела произведения f ( x) g( x) . |
|
|
|
||||||||
1. |
A, B – конечные числа |
lim ( f (x) g(x)) = A B . |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
||
2. |
A ≠ 0, B = ∞ |
|
|
lim ( f (x) g(x)) =[ A ∞] = ∞ . |
|
|
|||||
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
||
3. |
A = 0, B = ∞ |
|
|
|
lim |
( f (x) g(x)) =[0 ∞] |
– неопределённость вида |
||||
|
|
|
|
|
x |
→x0 |
|
|
|
|
|
[0 ∞] . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
A = ∞, B = ∞ |
|
|
lim ( f (x) g(x)) = [∞ ∞] = ∞ . |
|
|
|||||
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
Задача 2.1.4
Вычислить предел lim (e1−x tg π2x ). x→1
Решение
Из формул (4), (7), (1), (2) и (3) следует, что
|
1−x |
|
πx |
|
lim1−lim |
х |
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1−1 |
|
π |
|
|
|||||||
|
|
|
x→1 x→1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
lim (e |
tg |
2 |
)= е |
|
|
|
tg |
|
|
|
lim x |
|
|
= e |
|
tg( |
2 |
1)= [1 |
∞]= ∞. |
|||||||||||||||||
|
x→1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 x→1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ( x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
3. Вычисление предела отношения |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
g( x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
1. |
A, B – конечные числа, B ≠ 0 lim |
|
|
|
f (x) |
= |
|
A |
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
A ≠ 0, B = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (x) |
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|||||||||||
2. |
|
|
|
|
|
lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
= ∞ |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
3. |
A – конечное число, B = ∞ |
|
lim |
|
|
|
f (x) |
= |
|
A |
= 0 . |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
A = ∞, B – конечное число |
|
lim |
|
|
|
f (x) |
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
= ∞ . |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
5. |
A = ∞, B = 0 |
|
|
|
|
lim |
|
f (x) |
= |
|
∞ |
|
= ∞ . |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
6. |
A = 0, B = ∞ |
|
|
|
|
lim |
|
f |
(x) |
= |
|
0 |
|
= 0 . |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. A = 0, B = 0 |
|
|
|
|
|
|
lim |
f (x) |
= |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– неопределённость вида |
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
||
8. A = ∞, B = ∞ |
|
|
|
|
|
|
lim |
|
f (x) |
= |
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– неопределённость вида |
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
g(x) |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
∞ |
||||||||
Задача 2.1.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислить предел |
lim |
x2 + 3х +1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2x2 |
− х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из формул (5), (4), (1), (2) и (3) следует, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
x2 |
+ 3х |
+1 |
|
|
lim х2 + 3 lim х +1 |
0 + 3 0 +1 |
1 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
x→0 |
|
|
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
lim |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
= |
|
|
= ∞ . |
|
|
|
|
х |
|
2 lim х2 − lim х |
|
|
|
2 0 − 0 |
|
|
|||||||||||||||
x→0 2x2 − |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
x→0 |
x→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Вычисление предела функции ( f ( x))g( x) .
1. |
A, B – конечные числа |
lim ( f (x)) g(x) |
|
|
|
|
x→x0 |
2. |
0 < A <1, B = +∞ |
|
lim ( f (x)) g(x) |
|
|
|
x→x0 |
3. |
A >1, B = +∞ |
lim ( f (x)) g(x) |
|
|
|
|
x→x0 |
4. |
0 < A <1, B = −∞ |
lim ( f (x)) g(x) |
|
|
|
|
x→x0 |
5. |
A >1, B = −∞ |
|
lim ( f (x)) g(x) |
|
|
|
x→x0 |
=AВ .
=[A+∞ ]= 0 .
=[A+∞ ]= +∞ .
=[A−∞ ]= +∞ .
=[A−∞ ]= 0 .
6. |
A =1, B = ∞ |
|
lim ( f (x)) g(x) = [1∞ ] |
– неопределенность вида [1∞ ]. |
|||
|
|
|
|
|
x→x0 |
– неопределенность вида [00 ]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
A = 0 , B = 0 |
|
|
lim ( f (x)) g(x) = [00 ] |
|||
|
|
|
|
|
x→x0 |
– неопределенность вида [∞0 ]. |
|
|
|
|
|
|
|
||
8. |
A = ∞ , B = 0 |
|
|
lim ( f (x)) g(x) = [∞0 ] |
|||
|
|
|
|
x→x0 |
А±∞ ]– не существует. |
||
9. |
A – конечное число, B = ±∞ |
lim ( f (x)) g(x) = [ |
|||||
|
|
|
|
|
x→x0 |
||
ЗАМЕЧАНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Из приведенных решений примеров видно, что на практике в простейших случаях |
||||||
|
вычисление предела |
сводится |
|
к подстановке в данное выражение значения х = x0 . |
Результат подстановки записывают в квадратных скобках.
Задача 2.1.6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х +1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Вычислить предел lim |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x→1 2x2 + х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из теорем о пределе функции следует, что |
[ |
|
] |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
х +1 |
|
|
1 |
|
1 +1 |
|
|
1 |
|
|
2 |
1 |
|
2 |
+∞ |
|
|||||||||||||
|
|
х−1 |
|
1−1 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
+0 |
|
|||||||||||||||||||||||||
lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
= |
|
|
|
= 0 . |
||||
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
x→1+0 |
|
2x |
+ |
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|