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

mat

.pdf
Скачиваний:
32
Добавлен:
27.05.2015
Размер:
1.05 Mб
Скачать

Уравнение прямой с угловым коэффициентом k:

y = kx+b.

Если известны координаты двух различных точек А(хAA) и В(хBB) на прямой, то угловой коэффициент можно вычислить по формуле

k= уB уA . хB хA

Уравнение прямой с заданным угловым коэффициентом k и

проходящей через точку (x0;y0):

y y0 = k(x x0 ).

Если в этом уравнении менять k, то получим семейство прямых, проходящих через точку (x0;y0), которое называют «пучком прямых».

Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки

А(хAA) и В(хBB):

x xA

=

y yA

.

 

 

xB xA

yB yA

Если xB = xA , топрямаяпараллельнаосиOy, еёуравнение: x = xA. Если yB = yA , топрямаяпараллельнаосиOx, еёуравнение: y = yA.

3. Взаимное расположение прямых.

Пусть k1 и k2 – угловые коэффициенты двух прямых.

Условие параллельности прямых: k1 = k2 .

Условие перпендикулярности прямых: k1 k2 = −1.

4. Положение точки относительно прямой.

Формула нахождения расстояния от точки М(x0;y0) до прямой

Ax + By + C = 0:

d = Ax0 + By0 +C . A2 + B2

Точка М(x0;y0) лежит на прямой Ax + By + C = 0 тогда и только тогда, когда ее координаты удовлетворяют уравнению прямой, то есть справедливо равенство Ax0 + By0 + C = 0. Очевидно, что в этом случае d = 0.

21

Задача. Рассмотрим решение задачи, аналогичной задачам 1-10,

если даны точки А(2;1), В(–4;4), С(–1,5).

Решение. Начнем решение задачи с выполнения чертежа (рис. 1). Построим точки А(2;1), В(–4;4), С(–1;5) в прямоугольной системе координат Oxy. Проведем прямую АВ, уравнение которой необходимо найти, а затем через точку С проведем прямую СК параллельно АВ и прямую СD перпендикулярно АВ.

y

B

C 5

4 K

3

D

2

A

1

–4

–3

–2

–1

0

1

2

x

Рис. 1

1. Длину отрезка АВ находим как расстояние между двумя точками

А(2;1) и В(–4;4):

AB = (xB xA )2 + (yB yA )2 = (4 2)2 + (4 1)2 =

= 36 +9 = 45 = 3 5 6,7.

2. Уравнение прямой АВ найдем по формуле уравнения прямой,

проходящей через две заданные точки А(хAA) и В(хBB) :

 

x xA

=

y yA

,

 

 

 

 

xB xA

yB yA

в нашем случае:

22

x 2

=

y 1

, то есть

x 2

=

y 1

.

4 2

4 1

 

6

3

 

Запишем пропорцию: 3×(х – 2) = – 6×(у – 1), раскроем скобки и перенесём все слагаемые в левую часть уравнения, получим окончательный ответ 3х + 6у – 12 = 0 − уравнение прямой АВ.

3. Найдем угловой коэффициент прямой АВ:

 

 

 

kAB =

уB уA

=

4 1

=

3

= −

1

,

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

хB хA

4 2

6

 

 

 

по условию перпендикулярности прямых СD и АВ:

kCD kAB = −1.

Тогда

k

= −

1

= −

 

1

= 2. Уравнение прямой СD запишем в

 

 

 

 

CD

 

kAB

1/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

виде уравнения пучка прямых, проходящих через точку С:

 

 

 

 

 

 

y yC = k(x xC ) .

 

 

 

 

Подставив в уравнение координаты точки С(– 1, 5)

и значение

k = kCD = 2,

получим

у –5=2(х+1);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у –5=2х+2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2х – у+7=0 – уравнение прямой СD.

4. По условию параллельности прямых СЕ и АВ:

kCE

= kAB = − 1 .

Уравнение прямой СЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

запишем в виде уравнения пучка прямых,

проходящих через точку С:

y yC = k(x xC ) .

 

 

 

 

Подставив в уравнение координаты точки С(–

1,

5)

и значение

k = kCE = −12 , получим у –5=−12 (х+1);

у –5=−0,5х−0,5; 0,5х + у−4,5=0 – уравнение прямой СЕ.

5. Расстояние от точки С до прямой АВ найдём по формуле

d = Ax0 + By0 +C . A2 + B2

Уравнение прямой АВ найдено ранее (см. пункт 2): 3х + 6у – 12 = 0.

Тогда

d =

3xC + 6 yC 12

=

3 (1) + 6 5 12

=

15

=

5

= 5

2,24 .

32 + 62

45

3 5

5

 

 

 

 

 

 

 

Ответы.

1)

 

АВ

 

=5 3 6,7;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) 3х + 6у – 12 = 0 − уравнение прямой АВ;

23

3)2х – у+7=0 – уравнение прямой СD;

4)0,5х + у−4,5=0 – уравнение прямой СЕ;

5)d = 5 2,24 .

Введение в математический анализ

Задачи 11–20

Вычислить пределы функции y=f(x), при указанном поведении аргумента x.

11.

f (x) =

x2

x 2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 5x +6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x 1;

 

б ) x 2;

в) x → −1;

г) x 3;

д) x → ∞.

12.

f (x) =

x2 +3x +

2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2 + x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x → −2 ;

б ) x 0,5 ;

в) x → −1;

г) x 3;

д) x → ∞.

13.

f (x) =

 

 

2x2

3x 9

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

2x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x 1;

 

б)

 

x → −1,5; в) x → −1; г) x 3;

д) x → ∞.

14.

f (x) =

 

3x2

5x

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 2x

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x 5;

 

б) x 2;

в) x → −

;

г) x 0 ; д) x → ∞.

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

15.

f (x) =

 

 

4x 5

;

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2

9x 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x 5;

 

б) x 2;

в) x → −1;

г) x → −0,5 ;

д) x → ∞.

16.

f (x) =

 

 

 

4x2 x

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

4x2

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x 1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

а) x 1;

б) x 0 ;

в) x → −1;

г) x

; д) x → ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

17.

f (x) =

 

 

2x2

+

3x 5

;

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + 4x 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

а) x 1;

б) x → −5 ;

в) x → −

5

 

;

г) x 3; д) x → ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

18.

f (x) =

5x2

12x +

4

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

+ x 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x → −3;

б) x 2;

в) x → −1;

 

г) x

; д) x → ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

19.

f (x) =

 

x2

2x 3

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x2

13x +

12

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x → −1;

б) x

;

в) x 1;

 

г) x 3;

д) x → ∞.

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.

f (x) =

x2 + x 12

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x 28

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x → −4 ; б) x 2;

в) x

;

 

г) x 3;

д) x → ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Методические указания к решению задач 11 – 20

Пределы функций, основные теоремы о пределах

1. Предел функции. Предел функции f(х) - это число А, к которому неограниченно приближаются значения функции при указанном

стремлении аргумента х.

 

2. Теоремы о пределах.

 

Пусть существуют конечные пределы

lim f (x) = A и

 

xx0

lim g(x) = B . Тогда справедливы следующие утверждения:

xx0

lim ( f (x) ± g(x)) = lim f (x) ± lim g(x) = A ± B ;

x0 xx0 xx0

lim ( f (x) g(x)) = lim

f (x) lim

g(x) = A B ;

 

xx0

xx0

xx0

lim c f (x) = c

lim f (x) = cA ,

где с – число;

 

xx0

xx0

 

 

25

 

f (x)

 

lim f (x)

 

A

 

 

lim

=

xx0

=

, если

lim g(x) 0 .

g(x)

lim g(x)

B

xx0

 

 

 

xx0

 

 

 

xx0

 

 

 

 

3. Бесконечно малые и бесконечно большие функции. Бесконечно малой функцией при x x0 называется функция α(x),

предел которой равен нулю при x x0 : limα(x) = 0 .

xx0

Если значения функции f(x) неограниченно возрастают по абсолютной величине при x x0 , то такую функцию называют беско-

нечно большой при x x0 . Предел этой функции обозначают зна-

ком бесконечности : lim f (x) = ∞ (±∞).

xx0

Теоремы о связи бесконечно малых и бесконечно больших функций.

Если

lim α(x) = 0 , то

lim

1

 

=∞.

α(x)

 

xx0

xx0

 

Если

lim f (x) = ∞, то

lim

1

 

= 0.

 

f (x)

 

xx0

xx0

 

 

Утверждения всех вышеприведённых теорем также справедливы, если х (+∞ или −∞).

Задача.

Вычислить пределы функции

f (x) =

3x2

+10x 8

при

4x2

+15x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

a) x 1;

б) x → −4;

в) x

1

;

г) x

 

2

;

д) x → ∞.

4

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. В задаче следует найти предел частного. С этой целью необходимо вычислить пределы числителя и знаменателя дроби, подставив в них предельное значение аргумента х.

а)

lim

3x2 +10x 8

=

3 12 +10 18

=

 

5

=

1

.

 

 

 

 

 

 

x1 4x2 +15x 4 4 12 +15 14

15 3

 

б)

lim

 

3x2

+10x 8

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+15x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

x→−4 4x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

При подстановке x = −4 в числитель и знаменатель дроби убеждаемся, что их значения равны нулю, поэтому теорема о пре-

26

деле частного здесь не применима. В данном случае говорят, что

имеется неопределенность вида 0 .

0

Неопределенность вида 0 при x x0 может быть раскрыта

0

сокращением дроби на множитель вида (х–х0), который обращает числитель и знаменатель дроби в нуль, в данном случае на (х+4).

Поэтому следует разложить на множители числитель и знаменатель дроби.

3х2+10х – 8 = 0;

D = 102 4 3 (8) =196;

x

 

=

10 ±

196

=

10 ±14

;

 

 

 

 

 

 

1,2

 

2 3

6

 

 

 

 

 

x

= −4; x

=

2

.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

3х2+10х–8 = 3(х+4)(х–2/3) = = (х+4)(3х–2).

Таким образом,

4х2+15х– 4 = 0;

D = 152 4 4 (4) = 289;

x

 

=

15 ±

289

=

15 ±17

;

 

 

 

 

1,2

2

4

8

 

 

 

 

x

= −4;

x

=

1

.

 

 

 

1

 

 

 

2

4

 

 

 

 

4х2+15х – 4 = 4(х+4)(х–1/4 ) = = (х+4)(4х–1).

 

 

 

 

3x2

+10x 8

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

(x + 4)(3x 2)

 

 

3x 2

 

14

 

14

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

=

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

 

=

 

=

 

 

.

 

 

 

+15x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x 1

17

17

x→−4 4x4

 

 

 

0

 

x→−4 (x + 4)(4x 1)

x→−4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

2

2

+10

2

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

+10x

8

 

 

3

 

 

 

3

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

lim

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

2

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 4x2 +15x 4

4

 

+15

4

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь применима теорема о пределе частного, так как предел

 

 

 

знаменателя существует и не равен нулю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x2

+10x 8

 

 

3

 

1

 

+10

1

 

8

85

/ 16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

lim

 

 

 

16

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

= ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

4x2

+15x 4

 

 

4

 

+15

 

 

4

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь использована теорема о связи бесконечно малой и бесконечно большой функций.

27

д) lim 3x2 +10x 8 . x→∞ 4x2 +15x 4

Пределы числителя и знаменателя дроби равны . В этом случае говорят, что имеется неопределенность вида «бесконечность на бесконечность». Теорема о пределе частного здесь не применима.

Чтобы раскрыть неопределенность вида

 

при

x → ∞,

 

 

 

 

 

 

каждый член числителя и знаменателя дроби делят на x в наивысшей степени (в нашем примере на х2), отчего величина дроби не изменится, но исчезнет неопределенность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x2

10x

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

10

8

 

 

 

 

 

3x2

+10x 8

 

 

 

 

 

 

 

2

 

+

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3 +

 

x

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

2

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

lim

 

 

 

 

=

=

lim

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

,

 

 

 

 

 

 

4 15x

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

15 4

 

4

x→∞ 4x2 +15x 4

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x2

 

 

 

 

 

 

 

 

4 +

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

x2

 

 

 

x2

 

 

 

 

так как

lim

10

 

= 0; lim

8

 

= 0;

 

lim

15

 

= 0;

 

lim

4

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞ x

 

x→∞ x2

 

 

 

 

 

x→∞ x

 

 

 

 

 

x→∞ x2

 

 

 

 

 

 

 

 

(потеореме освязибесконечнобольшойибесконечномалойфункций).

Ответы. а)

1

;

б)

14

; в) 0;

г) ∞;

д)

3

.

3

 

 

 

17

4

 

 

 

 

 

 

 

Дифференциальное исчисление функции одной переменной

Задачи 21–30

Найти производные данных функций и их дифференциалы.

31. а)

y = 3x

4

5

+ 2 ;

 

 

 

2x2

 

 

 

 

б)

y =

 

;

 

 

4 x

 

 

 

 

13x

 

в)

y = 2cos x ln x +

14x2 .

 

 

 

 

 

32. a)

у = 5х2 +43 x5 +3;

б)

y =

x3 2x

;

в)

y = arctg x4 x ln x .

3x

 

 

 

 

 

28

33.а) y = 14 x8 +88 x3 1; в) y = cos(ln x) + x2 tg x .

34.

а)

y =

1

x5 3x 3 x 4 ;

 

 

 

5

 

 

в)

y = ln x 1 + x3 arctg x .

35.

а)

y =3x8 +55 x2 3;

в) y = tg ex +sin x ln x .

36.а) y = 5x4 x 2 x +3;

в) y = ln(sin x) x6 tg x .

37.

а)

y = 4x3 +

3

2;

 

 

 

 

x 3 x

 

в)

y = sin x x ctg x.

38.

а)

y = 7x5 3x 3 x2 6;

в) y = ln x (12x2 ) sin x .

39. а) y = 3x4

4

3;

 

 

4 x

в) y = tg x2 +sin x ex .

40. а)

y =8x2

9

 

+6;

 

 

 

x2

x

в)

y = arcsin x3 +ln x cos x .

б) y = 4x2 1 ; 1x2

б)

y =

x +3

;

2x 5

 

 

 

 

 

б)

y =

 

3x4

 

;

 

 

x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y =

2x 1

 

;

 

 

 

 

 

x5

 

 

 

б)

y =

16x2

;

1

+ x

 

 

 

б) y = 2x + 4 ;

1+ x2

б) y = x6 1; 2x +1

б) y = 2x2 1 ; x2 +1

29

Методические указания к решению задач 21 – 30

Производная и дифференциал функции одной переменной

1. Понятие производной. Производной для функции у = f(х) в точке х0 называется предел отношения приращения функции у к приращению аргумента х, при условии, что приращение аргумента стремится к нулю и указанный предел существует:

 

y

 

 

f(x) f(x0

)

 

 

lim

 

=

lim

 

 

=

f (x0

)

x

x x0

 

x0

 

xx0

 

 

 

 

Производная f’(х0) показывает скорость изменения функции f(х) в точке х0. Геометрически f’(х0) = tgα, где α – угол наклона касательной, проведенной к графику функции f(х) в точке х0. Нахождение производной для функции f(х) называется её дифференцированием.

2. Дифференциал функции.

Дифференциал функции равен произведению производной этой

функции на дифференциал независимой переменной dx = х: dy = f (x)dx.

3. Правила дифференцирования. Пусть даны дифференцируемые функции u(x) и v (x), тогда справедливы формулы:

= u

(u +v)

 

+v ;

(u v)= u′−v;

(u v)= uv +u v;

u

uv u v

 

 

 

 

=

 

.

 

v2

v

 

 

Отметим также, что:

а) производная от независимой переменной равна единице: x′ =1; б) производная постоянной величины с равна нулю: c′ = 0;

в) постоянный множитель выносится за знак производной: (cu)′ = c u.

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]