Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
matra.rozpaxyhk.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
761.1 Кб
Скачать

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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]