3.Елементи аналітичної геометрії [1, c. 76 - 83, 97 - 113], [2, c. 26 - 43].
3.1.Пряма лінія на площині.
Розглянемо окремі види рівнянь прямих ліній на площині:
1) Рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом.
Рівняння прямої має вигляд: y = kx + b ,
де k = tgj – кутовий коефіцієнт прямої, j –кут утворений прямою і додатним напрямом осі Ох, а b – ордината точки перетину прямої з віссю Оy.
2) Загальне рівняння прямої.
®
Вектор n = (A; B), який перпендикулярний до прямої, називають нормальним вектором прямої або вектором нормалі. Будемо вважати відомими координати точки M 0 (x0 ; y0 ), що лежить на прямій, а M (x; y) – довільна точка прямої.
Рівняння вигляду:
A(x - x0 )+ B(y - y0 )= 0
визначає пряму, що проходить через задану точку M 0 (x0 , y0 ) із заданим
®
нормальним вектором n = (A; B). Останнє рівняння можна переписати у вигляді:
Ax + By + C = 0,
яке називають загальним рівнянням прямої. Тут C = -Ax0 - By0 .
Кутовий коеффіцієнт k прямої визначається так: k = - A .
B
Коефіцієнти A і B є координатами нормального вектора до прямої, а тому вони дозволяють одержати уявлення про її розташування на площині.
Якщо A = 0 , B ¹ 0 , то рівняння такої прямої має вигляд: By + C = 0 – пряма паралельна осі абсцис. При C = 0 пряма y = 0 визначає вісь Ox .
Якщо A ¹ 0 , B = 0 , то рівняння прямої набуває вигляду: Ax + C = 0. Дана пряма паралельна осі ординат. При C = 0 рівняння x = 0 є рівнянням вісі Oy .
Якщо C = 0 , то Ax + By = 0 . Рівнянню задовольняє точка О(0,0) і пряма проходить через початок координат.
3) Рівняння прямої, яка проходить через задану точку і має заданий кутовий коефіцієнт.
Нехай пряма проходить через точку M 0 (x0 ; y0 ) і її напрям задається кутовим коефіцієнтом k . Рівняння цієї прямої має вигляд:
y- y0 = k(x - x0 ).
4)Рівняння прямої, яка проходить через дві задані точки.
Нехай |
пряма проходить через точкиM (x ; y ) і |
M |
2 |
(x |
; y |
2 |
), тоді |
||
y2 - y1 = k(x2 |
1 |
1 |
1 |
|
2 |
|
|
||
- x1 ) або |
|
|
|
|
|
|
|
|
k = y2 - y1 . x2 - x1
Підставимо значення k в рівняння y - y1 = k(x - x1 ) та отримаємо:
11
x - x1 = y - y1 x2 - x1 y2 - y1
– рівняння прямої, яка проходить через дві задані точки.
5) Рівняння прямої у відрізках на осях.
x - a y - 0
Пряма проходить через точки M 1 (а;0) і M 2 (0;b), тоді : 0 - a = b - 0 , x + y =1– рівняння прямої у відрізках на осях.
ab
6)Канонічне рівняння прямої.
Нехай пряма проходить через задану точку M 0 (x0 ; y0 ) і задано ненульовий
® ®
вектор s = (m;n ,)який паралельний до прямої. Вектор s називають напрямним вектором прямої. В цьому випадку рівняння прямої має вигляд:
x - x0 = y - y0 – канонічне рівняння прямої.
mn
3.2.Кут між двома прямими, умови паралельності і перпендикуляр-
ності двох прямих на площині.
Нехай прямі L1 і L2 задані рівняннями з кутовими коефіцієнтами
y = k |
x + b |
і y = k |
x + b , де k |
|
= tga |
, k |
|
= tga |
|
, a |
|
æ |
Ù |
ö |
, |
a |
|
æ |
Ù |
ö |
|
|
|
|
= ç L , Ox ÷ |
|
= ç L , Ox ÷ . |
||||||||||||||
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
1 |
|
2 |
|
2 |
|
1 |
è |
1 |
ø |
|
|
2 |
è |
2 |
ø |
Тоді tgj = tg(a |
|
|
)= |
|
tga2 - tga1 |
|
|
k2 - k1 |
æ |
|
Ù |
ö |
||
|
- a |
|
|
|
= |
|
|
|
, j = ç L , L |
÷ . |
||||
|
1 |
+ tga1 tga2 |
1 |
+ k1k2 |
||||||||||
|
2 |
1 |
|
|
è |
1 |
2 |
ø |
Звідси tgj = k2 - k1 . 1 + k1k2
Якщо необхідно визначити гострий кут між прямими, формула набуває
вигляду: tgj = k2 - k1 . 1 + k1k2
Якщо |
L || L , то |
j = 0, tgj = 0 , |
k2 |
- k1 |
= 0 , |
k |
2 |
- k |
1 |
= 0 . Отже, рівність |
||||
|
|
|||||||||||||
|
1 |
2 |
|
|
|
1 + k1k2 |
|
|
|
|
||||
k1 = k2 –умова паралельності прямих. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
При L |
^ L |
, j = |
p |
, ctgj = 0 , |
1 + k1k2 |
= 0 , 1 + k |
k |
|
|
= 0 . Таким чином, умо- |
||||
|
k2 - k1 |
2 |
||||||||||||
1 |
2 |
2 |
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ва перпендикулярності прямих має вигляд k1k2 = -1.
Приклад. Скласти рівняння прямої, якщо вона задається точкою
®
M 0 (1;-2) та вектором нормалі n = (- 4;2). Побудувати пряму.
Розв`язання.
®
Підставимо значення M 0 (x0 ; y0 )= M 0 (1;-2) та n = (A; B)= (- 4;2) в рівнян-
12
ня A(x - x0 )+ B(y - y0 )= 0 : - 4 × (x -1)+ 2 × (y - (- 2))= 0 , - 4x + 2 y + 8 = 0 . |
|||||
Отже, 2x - y - 4 = 0 – рівняння шуканої прямої. |
|||||
Для побудови прямої на площині достатньо двох точок . Одна точка |
|||||
M 0 (1;-2) задана, а координати другої точки M1 (x1 ; y1 ) знайдемо так: нехай |
|||||
x1 = 0 , тоді 2 × 0 - y1 - 4 = 0, y1 = -4 . Отже, M 1 (0;-4). Пряму зображено на рис 2. |
|||||
Рис.2. |
|
|
|
|
Рис. 3. |
Приклад. Скласти рівняння прямої, що вона задається точкою M 0 (- 3;3) |
|||||
® |
|
|
|
|
|
та напрямним вектором s = (2;-1). Побудувати пряму. |
|||||
Розв`язання. x - x0 |
= y - y0 . Враховуючи, що x0 = -3 , y0 = 3, m = 2 , |
||||
m |
n |
|
|
|
|
n = -1, одержимо: x - (- 3) = y - 3 , -(x +3)= 2(y -3), x + 2 y -3 = 0. Рівнянню |
|||||
2 |
-1 |
|
|
|
|
прямої (рис.3.) задовольняють точки M 0 (- 3;3), M 1 (3;0). |
|||||
Приклад. Скласти рівняння прямої, що проходить через задану точку |
|||||
M 0 (4;-1) і має кутовий коефіцієнт k = - 1 . Побудувати пряму. |
|||||
|
|
2 |
|
k = - 1 в рівняння |
|
Розв`язання. Підставимо x = 4 , |
y |
0 |
= -1, |
||
|
0 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
y - y0 = k(x - x0 ). Отже, |
y - (-1 )= - 1 (x - 4), 2 y + 2 = -х + 4 , x + 2 y - 2 = 0 . Для |
||||
|
2 |
|
|
|
|
побудови прямої (рис.4.) використаємо точки M 0 (4;-1) і M 1 (2;0). |
|||||
Рис.4. |
|
|
|
|
Рис. 5. |
|
|
13 |
|
|
Приклад. Скласти рівняння прямої, що проходить через дві задані точки M 1 (-1;2) і M 2 (2;1). Побудувати пряму.
Розв`язання. Виходячи із рівняння |
x - x1 |
= |
y - y1 |
та враховуючи, що |
||||||||
x2 - x1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y2 - y1 |
||
x1 = -1, y1 = 2 , x2 = 2 , |
y2 =1, одержимо: |
|
|
|
||||||||
|
x - (-1) |
= |
y - 2 |
, |
x +1 |
= |
y - 2 |
, 3(y - 2)= -(x +1), x + 3y - 5 = 0 . |
||||
|
|
1 - 2 |
|
|
||||||||
2 - (-1 ) |
3 |
-1 |
|
|
|
|
|
Для побудови прямої (рис.5.) використаємо точки M 1 (-1;2) і M 2 (2;1).
Приклад. Скласти рівняння прямої, що відтинає на осях Ох і Оу відповідно відрізки a = -4 і b = 3. Побудувати пряму.
Розв`язання. Використаємо рівняння у відрізках на осях x + y =1, a b
x+ y =1. Помножимо останнє рівняння на –12, тоді 3x - 4 y +12 = 0 . Для по-
-4 3
будови прямої (рис.6.) маємо точки |
Рис. 6. |
M 0 (- 4;0) і M 1 (0;3).
Рис. 7.
Приклад. У трикутнику, заданому вершинами A(- 2;3), B(5;1) і C(7;5) знайти:
1)рівняння і довжину медіани AM , проведеної з вершини A ;
2)рівняння висоти AN , проведеної з вершини A ;
3)рівняння прямої L , що проходить через вершину A паралельно стороні BC ;
4)побудувати у декартовій прямокутній системі координат трикутник ABC , відрізки AM , AN та пряму L .
Розв`язання. 1) За умовою AM – медіана, тому точка M ділить сторону
BC навпіл, та xM = |
xB + xC |
= |
5 + 7 |
|
= 6 , yM |
= |
yB + yC |
= |
1 + 5 |
= 3, M (6;3). |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Далі використаємо рівняння |
x - xM |
|
= |
|
y - yM |
|
прямої, що проходить че- |
|||||||||||||||||
|
|
yA - yM |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
xA - xM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
рез дві задані точки M (6;3) і A(- 2;3). Маємо |
|
x - 6 |
|
= |
y - 3 |
, |
x - 6 |
= |
y - 3 |
, |
||||||||||||||
- 2 - 6 |
|
|
|
- 8 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 - 3 |
|
|
|
0 |
|
||||||||
0 × (x - 6)= -8(y - 3). Отже y - 3 = 0 – рівняння медіани AM . Довжина об- |
||||||||||||||||||||||||
|
AM = |
|
, |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
числюється за формулою: |
(xM - xA )2 + y(M - yA )2 |
|
|
|
|
|
14
AM = (6 - (- 2))2 + (3 - 3)2 = 82 = 8 .
|
|
2) За умовою задачі AN ^ BC , тому kBC × kAN = -1. Знайдемо |
|
||||||||||||||
kBC |
= |
yB |
- yC |
, потім k AN |
= - |
1 |
і використаємо рівняння y - yA = kAN (x - xA ). |
||||||||||
|
|
kBC |
|||||||||||||||
|
|
xB - xC |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
||||
|
|
Отже, kBC = |
1 - 5 |
= |
|
- 4 |
= 2 , k AN = - |
, A(- 2;3), y - 3 = - |
(x + 2), |
||||||||
|
|
|
- 2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
5 - 7 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|||||||
2 y - 6 = -(x + 2), x + 2 y - 4 = 0 – рівняння висоти AN , проведеної з вершини A . |
|||||||||||||||||
|
3) |
L || BC , |
тому |
kL |
= kBC , тобто |
kL = 2 . Далі |
використаємо |
||||||||||
y - yA = kL (x - xA ), |
y - 3 = 2(x + 2), 2x - y + 7 = 0 – рівняння прямої L , що про- |
ходить через вершину A паралельно стороні BC . Трикутник ABC зображено на рис. 7.
3.3. Криві другого порядку.
Нехай задано загальне рівняння другого степеня, яке не містить добутки змінних x і y : Ax2 + By 2 + Cx + Dy + E = 0.
Дане рівняння визначає: або коло при |
A = B ¹ 0 , або еліпс при A × B > 0 , |
або гіперболу приA × B < 0 , або |
параболу приA = 0, B ¹ 0 (або |
B = 0, A ¹ 0 ). При цьому можливі випадки виродження: для еліпса (кола) – в точку або уявний еліпс (коло), для гіперболи – в пару прямих, що перетинаються, для параболи – в пару паралельних прямих.
Методом виділення повних квадратів відносно кожної змінної рівняння
Ax2 + By 2 + Cx + Dy + E = 0 можна привести до вигляду: |
|
|
|
|
|
|
||||||
1) |
(x - x0 )2 |
+ (y - y0 )2 |
= R2 |
рівняння кола радіуса R з |
центром |
у |
точці |
|||||
C(x0 ; y0 ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) |
(x - x0 )2 |
+ (y - y0 )2 |
|
=1 – рівняння еліпса з центром у точціC(x |
; y |
|
) і |
|||||
|
a2 |
b2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
півосями a і b. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3) |
(x - x0 )2 |
- (y - y0 )2 |
= ±1 |
– рівняння гіперболи |
з |
центром |
|
у |
|
точці |
||
|
a2 |
b2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C(x0 ; y0 ) і півосями a і b. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4) |
(y - y0 )2 |
= ±2 p(x - x0 ) або (x - x0 )2 = ±2 p( y - y0 ) |
– рівняння параболи |
|||||||||
з вершиною в точці C(x0 ; y0 ), симетричної відносно прямої y = y0 або x = x0 . |
|
|
||||||||||
Якщо у наведених рівняннях покласти x0 = y0 |
= 0 , то одержимо канонічні |
|||||||||||
рівняння відповідних кривих. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Приклад. Встановити тип кривої 25x2 + 9 y 2 |
+100x -18 y -116 = 0 та по- |
будувати її.
Розв’язання. За умовою A = 25, B = 25, A × B > 0 , то рівняння описує еліпс. Далі виділимо повний квадрат відносно змінної х та змінної у:
25(x2 + 4x) + 9( y2 - 2 y) -116 = 0 ;
15
25(x2 + 2 × 2 × x + 4 - 4) + 9( y2 - 2 ×1× y +1 -1) -116 = 0 ; |
|
||||
25(x + 2)2 |
-100 + 9( y -1)2 - 9 -116 = 0 ; 25(x + 2)2 + 9( y -1)2 = 225 ; |
|
|||
(x + 2)2 |
+ (y -1)2 |
=1. Одержали рівняння еліпса з центром у точці С(–2;1) |
|||
9 |
|
25 |
|
|
|
та півосями а=3 та b= 5 (рис. 8.). |
|
||||
Приклад. |
Встановити тип кривої 9x2 -16 y 2 + 36x +160 y - 508 = 0 |
та по- |
|||
будувати її. |
|
|
|
|
|
Розв’язання. A = 9, B = -16, A × B < 0 , тому маємо гіперболу. |
|
||||
Виділимо повний квадрат: |
|
||||
9(x2 + 4x + 4 - 4) -16( y 2 |
-10 y + 25 - 25) - 508 = 0 ; |
|
|||
9(x + 2)2 - 36 -16( y - 5)2 |
+ 400 - 508 = 0 ; 9(x + 2)2 -16( y - 5)2 =144 ; |
|
|||
(x + 2)2 |
- (y - 5)2 |
=1. Одержали рівняння гіперболи з центром у точці С(– |
|||
16 |
|
9 |
|
|
|
2;5) та півосями а=4 та b= 3 (рис. 9.). |
|
||||
Рис. 8. |
|
|
Рис. 9. |
|
Приклад. Встановити тип кривої y2 + 10 y - 4x + 9 = 0 та побудувати її.
Розв’язання. A = 0, B =1– парабола.
y2 + 10 y + 25 - 25 - 4x + 9 = 0 , (y + 5)2 = 4x +16 , (y + 5)2 = 4(x + 4). Одер-
жали рівняння параболи з вершиною у точці С(–4;–5). Знайдемо точки перетину параболою вісі Ox і Oy :
Ox : y = 0 , - 4x + 9 = 0 , x = 9 ;
4
Oy : x = 0 , y2 +10 y + 9 = 0 , x1 = -1, x2 = -9 .
Парабола зображена на рис.10.
16
Рис. 10.
Запитання до самоконтролю
1.Дайте означення рівняння лінії на площині.
2.Запишіть рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом. Який геометричний зміст у ньому мають коефіцієнти k і b ?
3.Запишіть рівняння прямої, що проходить через дві дані точки. Як можна визначити k ?
4.Загальне рівняння прямої. Які координати має нормальний вектор цієї
прямої?
5.Канонічне рівняння прямої.
6.Запишіть формулу обчислення кута між двома прямими, якщо їх задано рівняннями з кутовими коефіцієнтами. Як виражаються умови паралельності, перпендикулярності цих прямих?
7.Навести канонічні рівняння кола, еліпса, гіперболи і параболи.
4.Вступ до математичного аналізу [1, c.131 - 190], [2, c. 44 - 64]
Число A називається границею функції f (x) в точці x0 , якщо для будь-
якого числа e > 0 існує таке число d(e) > 0 , що для всіх значень x ¹ x0 , |
які за- |
||||||||
довольняють нерівність |
|
x - x0 |
|
< d , має місце нерівність |
|
f (x)- A |
|
< e . |
Якщо |
|
|
|
|
число A є границею функції f (x) при x , що прямує до x0 , то цей факт симво-
лічно записується так: lim f (x)= A .
x®x 0
Наведемо основні теоретичні відомості: |
|
|||
1) Функція |
f (x) |
називається |
нескінченно |
малою приx ® x0 , якщо |
lim f (x) = 0 . |
|
|
|
|
x®x0 |
f (x) називається нескінченно великою при x ® x0 , якщо має |
|||
2) Функція |
||||
місце одна із рівностей: |
lim f (x) = ¥ , |
lim f (x) = +¥ , |
lim f (x) = -¥ . |
|
|
|
x®x0 |
x®x0 |
x®x0 |
3) Функція |
f (x) називається обмеженою при x ® x0 , якщо існує таке число |
M > 0 та окіл точки x0 , такий, що f (x) £ M для всіх значень x із цього околу.
17
4.1. Властивості нескінченно малих функцій.
|
|
|
1) |
Якщо функція f (x) |
|
нескінченно мала при x ® x0 , то і – f (x) |
також |
|||||||||||||||||||
нескінченно мала при x ® x0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2) |
Якщо функції f1 (x) |
і |
|
f2 (x) нескінченно малі при x ® x0 , то їхні сума |
|||||||||||||||||||
та різниця f1 (x) + f2 (x) і |
f1 (x) - f2 (x) також нескінченно малі при x ® x0 . |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3) Якщо при x ® x0 |
функція f (x) |
нескінченно мала, а функція g (x) — |
|||||||||||||||||||||
обмежена, то їхній добуток f (x) g (x) і частка |
|
f (x) |
|
є також нескінченно мали- |
||||||||||||||||||||||
|
g(x ) |
|||||||||||||||||||||||||
ми функціями при x ® x0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
4.2. Властивості нескінченно великих функцій: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
1) |
Якщо при x ® x0 |
функція f (x) |
має скінчену границю (lim f (x)= A) , а |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
функція g (x) – нескінченно велика ç lim g (x )= ¥÷, то: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è x®x0 |
|
|
ø |
|
f (x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
( |
f |
( |
x |
+ g x |
|
¥, |
|
=lim |
= 0. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
( ) ) |
|
|
x®x0 |
g (x ) |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
2) |
Якщо lim f (x)= A,(A > 0), |
lim g(x)= 0 , причому g (x) |
додатна в деяко- |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
f (x) |
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
му околі точки x , то lim |
|
= +¥. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
0 |
x®x0 |
g (x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
3) |
Якщо lim f (x) = +¥ і k > 0 , то lim (kf (x)) = +¥ . |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4) |
Якщо lim f (x) = ¥ і lim g (x) = ¥ , то lim ( f (x)g (x)) = ¥ . |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ями. |
4.3. Зв'язок між нескінченно малими і нескінченно великими функці- |
|||||||||||||||||||||||||
1) |
Якщо f (x) при x ® x0 |
|
– нескінченно велика функція, то функція |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
нескінченно мала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
f (x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2) |
Якщо при x ® x0 |
функція g (x) – нескінченно мала, то функція |
|
1 |
|
– |
|||||||||||||||||
|
|
|
g |
(x ) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
нескінченно велика, за умови, що в деякому околі точкиx0 |
функція g (x) не |
|||||||||||||||||||||||||
перетворюється на нуль. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
При обчисленні границь функцій використовують такі формули при умо- |
|||||||||||||||||||||||
ві, що означені в них границі існують і скінченні: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
1) |
lim C = C , де C = const ; |
|
2) lim ( f (x) ± g (x)) lim= f (x) ± lim g (x), |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
|
|
|
x®x0 |
x®x0 |
|
|
|
||
|
|
|
3) |
lim ( f (x)× g (x)) |
|
lim= f (x)× lim g (x ), 4) lim C × f (x) = C lim f (x ); |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
x®x0 |
|
|
x®x0 |
|
|
x®x0 |
|
|
|
x®x0 |
x®x0 |
|
|
|
18
5) lim
x®x0
f (x ) g (x )=
lim f (x)
x®x0 |
|
, де |
lim g (x ) |
||
x®x0 |
|
|
|
g(x ) |
æ |
|
lim g(x) |
lim g (x) ¹ 0 ;6) |
lim ( f (x )) |
öx®x |
|||
|
= ç lim |
f (x )÷ |
0 . |
||
x®x0 |
x®x0 |
|
è x®x0 |
ø |
|
В усіх формулах не виключається можливість, що x0 = ¥ .
При обчисленні границь, які містять тригонометричні та обернені тригонометричні функції, використовують першу важливу границю:
lim sin x = 1.
|
|
|
|
|
|
x®0 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
Наслідками першої важливої границі є такі границі: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
lim |
sin (a x) |
= lim |
tg (a x) |
=a , lim |
arcsin(a x) |
=a , lim |
arctg(a x) |
=a . |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
x®0 |
x |
x®0 |
x |
|
x®0 |
x |
x®0 |
x |
|
||||||
Якщо a(x) |
та b (x) |
нескінченно малі при x ® x0 |
та lim |
a(х) |
|
=1, то |
|||||||||
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x®x0 b (х ) |
|
a і b називаються еквівалентними нескінченно малими величинами. Еквівалентність нескінченно малих величин a і b позначається: a ~ b .
Наведемо ряд еквівалентностей, які використовуються при знаходженні границь, за умови, що функція a(x) – нескінченно мала:
1.sin a(x) ~ a(x) ;
2.tga(x) ~ a(x) ;
3.arcsina(x) ~ a(x) ;
4.arctga(x) ~ a(x) ;
5.1 - cosa(x) ~ a 2 (x) ;
2
6.aa( x) - 1 ~ a(x) ln a ;
7.ea (x) -1 ~ a(x) ;
8.ln(1 + a(x)) ~ a(x) ;
9 log a (1 + a(x)) ~ a(x) ln a ; 10. (1 + a(x))l -1 ~ l ×a(x) .
Зокрема, при l = |
1 |
еквівалентність 10 набуває вигляду: |
|
|
- 1 ~ |
a(x) |
. |
|
1 + a(x) |
||||||||
|
|
|||||||
2 |
|
2 |
|
|||||
При знаходженні границі відношення двох |
нескінченно малих -ве |
личин можна кожну (або тільки одну) з них замінювати іншою нескінченно малою величиною, їй еквівалентною, тобто якщо a ~a1 і b ~ b1, то
lim |
a |
= lim |
a1 |
= lim |
a |
= lim |
a1 |
. |
|
|
|
|
|||||
x®а b |
x®а b |
x®а b |
x®а b |
|||||
|
|
|
|
1 |
1 |
|
4.4. Обчислення границь.
Якщо f (x) є функцією елементарною, то при x ® a (точка a – належить області визначення функції) обчислення границі функції зводиться до простої підстановки значення x = a у функцію f (x) , тобто
lim f (x) = f (a).
x®a
Приклад. Знайти границю функції lim (x3 - 5x 2 + 2x + 4).
x®-3
Розв’язання. Задана функція є елементарною, вона визначена в точці
19
х = -3 , тому знаходимо границю функції як значення функції в точціх = -3 :
lim (x3 - 5x 2 + 2x + 4) = f (-3) = (-3)3 - 5 × (-3) 2 + 2 × (-3) + 4 = -74.
x®-3
Приклад. Знайти lim |
x2 |
- 3x + 5 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
x |
+ |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
x®-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Розв’язання. lim |
x2 |
- 3x + 5 |
|
(-1)2 |
- 3 |
×(-1) + 5 |
1 + 3 + 5 9 |
3. |
|||||||
|
|
|
|
= |
= |
|
= |
= |
|
|
|
|
|
||
|
x + 4 |
|
|
3 |
3 |
||||||||||
x®-1 |
|
|
|
|
|
-1 + 4 |
|
||||||||
Якщо x прямує до нескінченності або до числа, що не належить області |
|||||||||||||||
визначення f (x) , то для |
знаходження |
границі необхідно |
провести спеціальне |
дослідження, яке називають розкриттям невизначеностей. Розглянемо розкриття деяких невизначеностей:
ì¥ü
1) Невизначеність виду í ý , якщо вона задана відношенням двох мно-
î¥þ
гочленів.
ì¥ü
Правило: для розкриття невизначеності í ý , заданої відношенням двох
î¥þ
многочленів, потрібно поділити чисельник і знаменник на старший степінь x у цих многочленах і перейти до границі.
|
Приклад. Знайти границю lim |
|
3x4 - 5x2 +1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ 7x4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Розв’язання. |
|
|
|
|
|
|
x®¥ 2x - 4x3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
3x4 - 5x2 +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
3x4 - 5x2 +1 |
ì¥ |
ü |
|
|
|
|
3 - |
|
5 |
|
+ |
1 |
3 - 0 + 0 |
3 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
x |
4 |
|
|
|
|
|
x |
2 |
4 |
|
||||||||||||||||
lim |
|
|
= í |
|
ý |
lim= |
|
|
= |
|
|
lim= |
|
|
|
|
|
|
|
|
x= |
|
|
|
|
. |
||||
|
|
|
|
|
|
2 4 |
|
0 - 0 + 7 |
7 |
|||||||||||||||||||||
x®¥ 2x - 4x3 + 7x4 |
î¥ |
þ x®¥ 2x - 4x3 |
+ 7x4 |
x®¥ |
+ 7 |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
x |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ì0ü
2) Невизначеність виду í ý, якщо вона задана відношенням двох мно-
î0þ
гочленів.
ì0ü
Правило: для розкриття невизначеності í ý, заданої відношенням двох
î0þ
многочленів, потрібно розкласти чисельник і знаменник на множники, скоротити на критичний множник (множник, через який чисельник і знаменник прямує до нуля) і перейти до границі.
Приклад. Знайти границю lim |
2x2 |
-11x + 5 |
. |
|
|
|
|
||
|
-14x - 5 |
|||
x®5 3x2 |
|
Розв’язання. Маємо відношення двох многочленів. Безпосередньою підстановкою переконуємося, що чисельник і знаменник відношення є нескінченно малі величини. Щоб виділити критичний множник необхідно чисельник і знаменник відношення розкласти на множники за формулою:
ax2 + bx + c = a(x - x1)(x - x2 ), де x1 і x2 – корені тричлена.
20
|
|
|
|
|
|
|
2x2 -11x + 5 = 0, D =121 - 40 = 81, |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x = |
11 - 9 |
= |
1 |
, x |
|
|
= |
5, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
4 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
1 ö |
|
|
|
|
|||||
|
2x2 |
-11x + 5 |
ì0 |
ü |
|
2x |
|
-11x + |
5 = 2(x - 5)ç x - |
|
|
|
|
÷, |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
lim |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
2 ø |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
= í |
|
ý |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|||
|
|
0 |
3x2 |
-14x - 5 = 0, D =196 + 60 =162 , |
|||||||||||||||||||||||||||||
x®5 3x2 -14x - 5 |
î |
þ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x = |
14 -16 |
= - |
1 |
, x |
|
|
= 5, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
1 ö |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
3x |
|
-14x - |
5 = 3(x - 5)ç x + |
|
|
÷ |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
3 ø |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
1 |
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2(x - 5)ç x - |
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
2x - 1 |
|
|
9 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
è |
|
|
|
|
ø |
= lim |
|
|
= |
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x®5 |
|
|
|
|
|
|
ö x®5 |
|
|
3x + 1 16 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3(x - 5)ç x + |
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ì0ü
3) Невизначеність виду í ý, якщо вона задана ірраціональними виразами.
î0þ
Правило: необхідно ірраціональність із чисельника(знаменника) перенести в знаменник (чисельник) помноживши на спряжений вираз, спростити, скоротити на критичний множник і знову перейти до границі.
|
|
|
|
|
У випадку, якщо маємо |
вираз a - b , |
то спряженим до нього є |
||||||||||||||||||||||
вираз |
|
+ |
|
|
, |
так як ( |
|
- |
|
)( |
|
+ |
|
|
) = a - b ; |
спряженим до |
|
- b є |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
a |
b |
a |
b |
a |
b |
a |
|||||||||||||||||||||||
|
|
+ b , ( |
|
- b)( |
|
|
+ b) = a - b2 ; так само: |
|
(a - |
|
)(a + |
|
) = a2 - b . |
||||||||||||||||
|
a |
a |
a |
|
b |
b |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
lim |
1 - |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Приклад. Знайти границю |
2 - x |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x®1 x2 -1 |
|
|
|
|
|
Розв’язання. Позбавляємось ірраціональності в чисельнику шляхом множення чисельника на 1 + 2 - x . Щоб не змінилось значення відношення, необхідно і знаменник помножити на1 + 2 - x . Далі відношення скорочуємо на критичний множник ( x -1) і переходимо до границі:
lim |
1 |
- |
2 - x |
ì |
0 ü |
= lim |
(1 |
- |
2 - x)(1 + |
2 - x) |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= í |
|
|
|
ý |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
||||
|
|
x 2 |
|
|
|
|
|
|
|
(x 2 |
- 1)(1 + |
|
|
|
|
|||||||||||||
x®1 |
|
|
- 1 |
|
î |
0 þ x®1 |
2 - x |
) |
|
|
||||||||||||||||||
= lim |
|
|
|
1 - 2 + x |
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
|
|
|
x -1 |
|
|
|
= |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
x®1 (x 2 - 1)(1 + |
2 - x |
) |
|
x®1 |
(x - 1)(х + 1)(1 + 2 - x) |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
= |
1 |
. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
x®1 |
|
(х + 1)(1 + 2 - x ) |
4 |
|
|
|
|
|
|
ì0ü
4) Невизначеність виду í ý, якщо вона задана тригонометричними
î0þ
виразами.
21