 
        
        matanaliz
.pdf51
dy = (f('(t)))0 dt = fx0 ¢ '0t dt = fx0 dx. Тобто dy = fx0 dx незалежно вiд того, чи ¹ x незалежною змiнною, чи нi.
6.8. Похiднi i диференцiали вищих порядкiв
| 
 | 
 | Нехай функцiя f : (a; b) ! R ма¹ похiдну в кожнiй точцi iнтервала (a; b). | |||||||||||||||||||
| Ми можемо розглянути функцiю f0 : (a; b) | ! R | . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | 
 | Означення 6.6. Функцiя f ì๠ïîõiäíó другого порядку â òî÷öi x0, | |||||||||||||||||||
| якщо iсну¹ похiдна вiд першо¨ похiдно¨ в цiй точцi: | 
 | def | (x0)) | 0. Позна- | |||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f00(x0) = (f0 | 
 | ||
| чають f00(x0), | d2f(x0) d2f | (x0). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| 
 | dx2 | , dx2 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| 
 | 
 | Нехай iсну¹ похiдна (n¡1)-го порядку в точцi x0. Ïîõiäíîþ n-ãî порядку | |||||||||||||||||||
| функцi¨ f назива¹ться ¡f(n¡1)(x0)¢0 | . Позначають | f(n)(x0), | dnf(x ) | dnf | (x0). | ||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | dxn0 | , dxn | |||||||||||||||
| 
 | 
 | Властивостi похiдних n-го порядку | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||
| 
 | 
 | 1. | ³ | f(k) | (n¡k) | = (f)(n) для всякого 1 | · | k | · | n; | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||
| 
 | 
 | 2. | (n´) | 
 | (n), | 
 | const; | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | (cf) | 
 | = c (f) | c | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | 
 | 3. (f § g)(n) = (f)(n) § (g)(n); | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| 
 | 
 | 4. (f(ax + b))(n) = an ¢ f(n)(ax + b). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||
| 
 | 
 | Теорема 6.11. [Лейбнiца] Нехай функцi¨ f òà g мають в точцi x ïîõiäíi | |||||||||||||||||||
| äî n-го порядку включно. Тодi | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | n | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | (f | ¢ | g)(n) = | Ckf(k)g(n¡k): | 
 | 
 | 
 | ||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | n | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | k=0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | X | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| (f | 
 | Òóò ìà¹òüñÿ íà óâàçi, ùî f(0) := f i g(0) := g. Òîäi | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| ¢ | g)0 | = f0g + fg0; | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| (f | g)00 | = f00g + 2f0g0 + fg00; | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||
| ¢ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| (f | g)000 | = f000g + 3f00g0 + 3fg00 + fg000 | i òàê äàëi. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||
| ¢ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
Нехай функцiя f : (a; b) ! R диференцiйовна всюди на (a; b). Запишемо ¨¨ перший диференцiал df(x; dx) = f0(x) dx i будемо розглядати його як функцiю вiд x, à dx вважатимемо сталим.
52
Означення 6.7. Другим диференцiалом функцi¨ f â òî÷öi x назива¹ться диференцiал вiд першого диференцiала df(x; dx):
d (df(x; dx)) = d (f0(x) dx) = f00(x) dx ±x;
взятий при умовi, що dx = ±x. Познача¹мо dx2 def= dx ¢ dx.
Ма¹ мiсце формула
d2f = f00dx2:
Аналогiчно визначаються вищi диференцiали. Ма¹мо
dnf = f(n)dxn:
Зауважимо, що данi формули правильнi тiльки тодi, коли x незалежна змiнна.
Справдi, нехай y = f(x) два рази диференцiйовна функцiя i x = '(t) теж два рази диференцiйовна. Тодi
d2(y) = ±(dy)±x=dx = ±(yx0 dx)±x=dx = ¡±(yx0 ) dx + yx0 ¢ ±(dx))¢±x=dx = = ¡yxx00 ±x dx + yx0 ¢ ±(dx))¢±x=dx = f00(x) dx2 + f0(x) d2x):
(використову¹мо символ ± çàìiñòü d при другому диференцiюваннi).
6.9. Теореми про диференцiйовнi функцi¨
Означення 6.8. Функцiя f : (a; b) ! R ì๠â òî÷öi x0 2 (a; b) локальний максимум (локальний мiнiмум), якщо iсну¹ такий ±-окiл точки x0,
(x0 ¡±; x0 + ±) ½ (a; b), ùî äëÿ âñiõ x0 2 (x0 ¡±; x0 + ±) викону¹ться f(x) · f(x0) (÷è f(x) ¸ f(x0)).
Функцiя f : (a; b) ! R ì๠â òî÷öi x0 2 (a; b) локальний екстремум, якщо вона ма¹ в цiй точцi локальний максимум чи локальний мiнiмум.
Теорема 6.12 (Теорема Ферма (P.Fermat)). Нехай функцiя f : (a; b) ! R
ì๠â òî÷öi x0 2 (a; b) локальний екстремум. Тодi якщо iсну¹ похiдна в точцi x0, òî f0(x0) = 0.
Теорема 6.13 (Теорема Ролля (M.Rolle)). Нехай функцiя f : [a; b] ! R
неперервна всюди i ма¹ похiдну всюди на (a; b). Нехай f(a) = f(b). Òîäi iñíó¹ òàêå c 2 (a; b), ùî f0(c) = 0.
 
53
Теорема 6.14 (Теорема Лагранжа про середн¹ значення (J.L.Lagrange)).
Нехай функцiя f : [a; b] ! R неперервна всюди i ма¹ похiдну всюди на (a; b). Òîäi iñíó¹ òàêå c 2 (a; b), ùî
| 
 | 
 | f0(c) = | f(b) ¡ f(a) | àáî | f(b) | ¡ | f(a) = f0(c)(b | ¡ | a): | ||
| 
 | 
 | 
 | b | ¡ | a | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| Наслiдок 6.1. Якщо функцiя f : (a; b) ! R диференцiйовна на (a; b) i äëÿ | |||||||||||
| âñiõ x | 2 | (a; b) f0(x) = 0, òî f(x) = c, тобто ця функцiя константа. | |||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
Наслiдок 6.2. Якщо функцi¨ f; g : (a; b) ! R диференцiйовнi на (a; b) i äëÿ âñiõ x 2 (a; b) f0(x) = g0(x), òî f(x) ¡ g(x) = c, тобто функцi¨ вiдрiзняються на константу.
Теорема 6.15 (Теорема Кошi (A.L.Cauchy)). Нехай неперервнi функцi¨
| f; g : [a; b] | ! R | диференцiйовнi на (a; b) i äëÿ âñiõ x | 2 | (a; b) g0(x) = 0. Òîäi iñíó¹ | ||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 6 | ||
| òàêå c 2 (a; b), ùî | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | f(b) ¡ f(a) | = | f0(c) | : | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | g(b) ¡ g(a) | g0(c) | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
Теорема 6.16. Нехай функцiя f : (a; b) ! R, ¡1 · a < b · 1, диференцiйовна на (a; b). Тодi функцiя f монотонно неспада¹ (монотонно незроста¹) тодi i тiльки тодi, коли всюди на (a; b) f0(x) ¸ 0 (f0(x) · 0).
Теорема 6.17. Нехай функцiя f : (a; b) ! R, ¡1 · a < b · 1, диференцiйовна на (a; b) i äëÿ âñiõ x 2 (a; b) викону¹ться f0(x) > 0 (f0(x) < 0). Тодi функцiя f строго монотонно зроста¹ (строго монотонно спада¹).
Зауваження 6.1. Навпаки неправильно. Функцiя y = x3 строго монотон- но зроста¹, проте ¨¨ похiдна y0 = 3x2 в нулi перетворю¹ться в нуль.
Теорема 6.18. Нехай функцiя f : (a; b) ! R, ¡1 · a < b · 1, диференцiйовна на (a; b). Òîäi f строго монотонно зроста¹ (строго монотонно спада¹)
òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè:
1. (8x 2 (a; b)): ff0(x) ¸ 0g (ff0(x) · 0g)
2. Не iсну¹ такого iнтервала (®; ¯) 2 (a; b), äå f0(x) ´ 0.
54
6.10.Формула Тейлора
6.10.1.Формула Тейлора для многочлена. Покажемо, що довiльний
многочлен
P (x) = a0 + a1x + ¢ ¢ ¢ + an¡1xn¡1 + anxn; x 2 R;
для довiльного x0 2 R можна записати у виглядi
P (x) = b0 + b1(x ¡x0) + b2(x ¡x0)2 + ¢ ¢ ¢+ bn¡1(x ¡x0)n¡1 + bn(x ¡x0)n: (6.10.1)
Пiдставляючи x = x0, отриму¹мо P (x0) = b0. Продиференцiю¹мо рiвняння (6.10.1):
P 0(x) = b1 + 2b2(x ¡ x0) + ¢ ¢ ¢ + (n ¡ 1)bn¡1(x ¡ x0)n¡2 + nbn(x ¡ x0)n¡1
i покладемо x = x0. Отриму¹мо P 0(x0) = b1. Ще раз продиференцiю¹мо:
P 00(x) = 2b2 + ¢ ¢ ¢ + (n ¡ 1)(n ¡ 2)bn¡1(x ¡ x0)n¡3 + n(n ¡ 1)bn(x ¡ x0)n¡2
i ïðè x = x0 отриму¹мо P 00(x0) = 2b2. Аналогiчно отриму¹мо P 000(x0) = 3 ¢ 2b3,
: : : , P (n) = n!bn. Отриму¹мо формулу
| P (x) = P (x0) + | P 0(x | ) | (x ¡ x0) + | P 00(x | ) | (x ¡ x0)2 + ¢ ¢ ¢ + | 
 | |||
| 
 | 1! 0 | 
 | 2! 0 | 
 | (6.10.2) | |||||
| + | P (n¡1)(x0) | (x ¡ x0)n¡1 + | P (n)(x0) | (x ¡ x0)n: | ||||||
| (n¡1)! | 
 | 
 | n! | 
 | 
 | |||||
6.10.2. Формула Тейлора, випадок довiльно¨ функцi¨.
Означення 6.9. Нехай f довiльна функцiя, достатню кiлькiсть раз диференцiйовна. Вираз
Pn(x) = f(x0) + f0(x0) (x ¡ x0) + f00(x0) (x ¡ x0)2 + ¢ ¢ ¢ +
1! 2!
| + | f(n¡1)(x0) | (x ¡ x0)n¡1 + | f(n)(x0) | (x ¡ x0)n | (6.10.3) | 
| (n¡1)! | n! | 
 | |||
| назива¹ться многочленом Тейлора для функцi¨ f â òî÷öi x0. | 
 | ||||
| f(x) ¡ Pn(x) := Rn(x) залишок формули Тейлора. | 
 | ||||
| Теорема 6.19 (Формула Тейлора з залишком у формi Пеано). Нехай | |||||
| функцiя f : (a; b) | ! R всюди (n ¡ 1) раз диференцiйовна i iсну¹ f(n)(x0), äå | ||||
x0 2 (a; b) деяка точка. Тодi ма¹ мiсце формула Тейлора
| 
 | f(x) = f(x0) + | f0(x | ) | (x ¡ x0) + | f00(x | ) | (x ¡ x0)2 + ¢ ¢ ¢ + | |||
| 
 | 
 | 1!0 | 
 | 2! 0 | 
 | |||||
| + | f(n¡1)(x0) | (x ¡ x0)n¡1 + | f(n)(x0) | (x ¡ x0)n + o((x ¡ x0)n) ïðè x ! x0: | ||||||
| (n¡1)! | n! | |||||||||
(6.10.4)
 
55
Зауважимо, що при x = 0 формулу Тейлора називають формулою Маклорена:
| f(x) = f(0) + f0(0) x + f00(0) x2 | + | ¢ ¢ ¢ | + f(n¡1)(0) xn¡1 | + | (6.10.5) | |||
| 
 | f | (n)1! | 2! | 
 | (n¡1)! | 
 | ||
| + | (0) | xn + o(xn) | ïðè | x ! 0: | 
 | |||
| 
 | n! | 
 | 
 | |||||
Теорема 6.20 (Формула Тейлора з залишком у формi Лагранжа). Нехай функцiя f : (a; b) ! R всюди (n + 1) раз диференцiйовна. Тодi для всякого
x 2 (a; b) iñíó¹ òàêå » 2 (x; x0), ùî
| 
 | f(x) = f(x0) + | f0 | (x | ) | (x ¡ x0) + | f00(x | ) | (x ¡ x0)2 + ¢ ¢ ¢ + | ||||
| 
 | 
 | 1!0 | 
 | 2! 0 | 
 | |||||||
| + | f(n¡1)(x0) | (x ¡ x0)n¡1 + | f(n)(x0) | (x ¡ x0)n | + | f(n+1)(») | (x ¡ x0)n+1: | |||||
| (n¡1)! | 
 | n! | (n+1)! | |||||||||
Корисно пам'ятати такi формули:
1: ex = 1 + x + x2!2 + x3!3 + ¢ ¢ ¢ + xnn! + o(xn);
| 
 | x3 | 
 | x5 | 
 | x7 | 
 | 
 | 
 | n+1 x2n¡1 | 2n | 
 | 
 | ||||||||||
| 2: | sin x = x ¡ 3! | + | 
 | 
 | ¡ | 
 | 
 | + ¢ ¢ ¢ + (¡1) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | + o(x | 
 | 
 | ); | |||
| 5! | 7! | 
 | 
 | (2n¡1)! | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| 
 | 2 | 
 | 4 | 
 | 6 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 2n | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||
| 3: | cos x = 1 ¡ x2! | + x4! | ¡ x6! | + ¢ ¢ ¢ + (¡1)n | x | + o(x2n+1); | 
 | 
 | ||||||||||||||
| (2n)! | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||
| 4: | ln(1 + x) = x ¡ | x2 | + | x3 | ¡ | x4 | + ¢ ¢ ¢ + (¡1)n+1 | xn | + o(xn); | 
 | ||||||||||||
| 2 | 3 | 4 | n | 
 | ||||||||||||||||||
| 5: | arctg x = x ¡ | x3 | + | x5 | ¡ | x7 | 
 | 
 | n+1 x2n¡1 | 
 | 2n | ); | ||||||||||
| 3 | 5 | 7 + ¢ ¢ ¢ + (¡1) | 
 | 
 | 2n¡1 + o(x | 
 | 
 | |||||||||||||||
(6.10.6)
(6.10.7)
6.11. Розкриття невизначеностей
™такi типи невизначеностей:
½00¾; n11o; f1 ¡ 1g; f0 ¢ 1g; ©00ª; f11g ; ©10ª:
Перше правило Лопiталя1.
Нехай U деякий окiл точки a (a 2 R, àáî a = 1). Нехай двi функцi¨ f òà g визначенi i диференцiйовнi на U n fag, причому g0(x) íiäå íå ðiâíà íóëþ i
| lim f(x) = lim g(x) = 0: | (6.11.1) | 
x!a x!a
1Маркiз Гiйом Франсуа де Лопiталь (l'Hospital) (1661-1704) автор першого пiдручника з диференцiального числення Аналiз нескiнченно малих (1696).
 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 56 | 
| Тодi якщо iсну¹ границя lim | 
 | f0(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!a g0(x) (скiнченна чи нескiнченна), то iсну¹ i границя | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| x!a g(x) | 
 | i âîíè ðiâíi | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f0(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | lim | 
 | 
 | = lim | : | 
 | 
 | (6.11.2) | |||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x a g(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | x | ! | a g0(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| 
 | Приклад 6.7. | 
 | 0¾ | 
 | = x!0 | 
 | 
 | 2x | 
 | 
 | 
 | = | 
 | 
 | 2. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x!0 | 
 | 1 | ¡x2 | 
 | 
 | = | ½ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ½ | 
 | ¾ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||
| 
 | x ¡ sin x | 
 | 
 | 
 | 
 | 0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 ¡ cos x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. lim | 
 | = | 
 | = lim | 
 | = | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 6. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x!0 | 
 | 
 | 
 | 
 | x3 | x | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | x!0 | 
 | 
 | 
 | 3x2 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. 0 = lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | = lim | 
 | = 1. Де помилка? | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | x!0 x + 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||
| 
 | 
 | 6.11.2. Невизначенiсть | 
 | 
 | 
 | 1 . | 
 | Друге правило Лопiталя. Нехай U | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ). Нехай двi функцi¨ f òà | 
 | визначенi i | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| деякий окiл точки | a | ( | a 2 R | , àáî | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | = | 
 | 1 | g | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ©a ª | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||
| диференцiйовнi на U | n f | a | g | , причому g0(x) íiäå íå ðiâíà íóëþ i | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | lim f(x) = lim g(x) = | 1 | : | 
 | (6.11.3) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | ! | a | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | ! | a | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| Тодi якщо iсну¹ границя lim | 
 | f0(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!a g0(x) (скiнченна чи нескiнченна), то iсну¹ i границя | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| x!a g(x) | 
 | i âîíè ðiâíi | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f0(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | lim | 
 | 
 | = lim | : | 
 | 
 | (6.11.4) | |||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x a g(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | x | ! | a g0(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| 
 | Приклад 6.8. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 2x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 2 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||
| 1. lim | 
 | 
 | x2 | = | 1 | 
 | 
 | 
 | = lim | 
 | = | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | = lim | 
 | 
 | = 0. | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ex | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ex | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x | 
 | 
 | 
 | 
 | ex | n | 1o | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | n | 
 | 1o | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | !1 ln x | 
 | 
 | 
 | !1 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | !1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | = | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | = lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | = 0. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1o | 2x2 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x!1 x2 | n | 
 | 
 | 
 | x!1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | Зауваження 6.2. Протилежне твердження неправильне: якщо iсну¹ гра- | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ниця вiдношення двох функцiй lim | 
 | 
 | f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!a g(x) , то це ще не значить, що iсну¹ границя | ||||||||||||||||||||||||||||
| вiдношеннÿ похiдних (навiть якщо цi похiднi iснують): | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| lim | 
 | x2 cos x1 | 
 | = lim | 
 | 
 | 
 | x | 
 | ¢ | lim x cos | 
 | 1 | = 0. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x!0 | 
 | sin x | 
 | x!0 sin x | x!0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| lim | 2x cos x1 + x2 sin x1 | ¢ | 
 | 1 | 
 | = lim 2x | cos x1 | + lim | sin x1 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x2 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | cos x | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x!0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | cos x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!0 cos x. | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Неважко побачити, що друга границя не iсну¹. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 
57
6.11.3. Невизначенiсть f0 ¢ 1g.
lim
x!+0
äi
| Ïðиклад 6.9. | 
 | ln x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||
| px ln x = | 
 | 0 | 
 | = lim | = | 
 | 1 | 
 | = lim | 
 | 
 | = | 
 | 2 lim p | 
 | = 0. | |||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | ||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | |||||||||||||||
| f | ¢ 1g | 
 | 
 | 
 | n | 1o | 
 | 
 | 
 | 
 | ¡ | ||||||||||
| 
 | 
 | x!+0 p1 | 
 | 
 | x!+0 | ¡ | 2p1 | 
 | 
 | 
 | x!+0 | ||||||||||
| 
 | 
 | x | x3 | 
 | |||||||||||||||||
| 6.11.4. Невизначенiсть | . Нехай lim f(x) = lim g(x) = | §1 | . Òî- | ||||||||
| 
 | 
 | f1¡1g | x | ! | a | x | ! | a | 
 | ||
| x!a | ¡ | x!a | µ1 ¡ f(x)¶ | : | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| lim (f(x) | g(x)) = lim f(x) | 
 | 
 | 
 | g(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| Знаходимо lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | . ßêùî | 
 | |||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!a f(x). Якщо ця границя не рiвна одиницi, отриму¹мо 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| це одиниця, то отриму¹мо f0 ¢ 1g. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||
| 
 | Приклад 6.10. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | µ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ln x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ln x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||
| lim (x | ¡ | ln x) = | f1 ¡ 1g | = | lim x | 1 | ¡ | 
 | . Îñêiëüêè | lim | 
 | 
 | 
 | lim | 
 | = 0, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| x!1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x ¶ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x!1 | = x!1 x | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| òî xlim (x ¡ ln x) = 1. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||
| 
 | !1 | lim f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | = e ! | 
 | 
 | 
 | © | 
 | 
 | 
 | ª | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | © | 
 | ª | 
 | 
 | lim g(x) ln f(x) = | 
 | 
 | 0 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | . Ó âñiõ | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 6.11.5. Невизначеностi | 
 | 00 | 
 | ; | 
 | f11g ; | 10 | 
 | . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ìà¹ìî | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | g(x) | 
 | 
 | 
 | lim g(x) ln f(x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | випадках | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f | 
 | 
 | 
 | ¢ 1g | . | |||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | a | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| x | 
 | 
 | a | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | a | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | Приклад 6.11. | 
 | lim | (sin x ln x) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||
| 
 | lim xsin x = | 
 | 
 | 00 | 
 | 
 | 
 | 
 | . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||
| 1. | f | g | = ex!+0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||
| x | ! | +0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ln x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | sin x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | lim (sin x ln x) = | lim | 
 | 
 | = lim | 
 | 
 | = | 
 | lim | 
 | tg x = 0, òî | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Îñêiëüêè | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | ¢ | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | cos x | 
 | 
 | x | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | ! | +0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x +0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | +0 | 
 | 
 | 2 | 
 | 
 | 
 | x | +0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | sin x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ¡sin | 
 | 
 | 
 | ! | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||
| lim xsin x = e0 = 1. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||
| x!+0 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | = | lim | 
 | = e ! 1 | µx | ¶ | = e0 = 1. Òîìó | 
 | lim pn = 1. | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. | lim px = | 
 | 
 | 
 | 0 | 
 | 
 | xx | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | lim | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | ln x | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | f1 g | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | + | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||
| x | 
 | + | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | x | 
 | + | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | n | n | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||
| ! | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | !1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ! 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||
| 
 | Зауважимо, що у випадку f11g ми можемо скористатися також форму- | 
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| лою 5.4.1, але якщо зробимо це в iншому випадку, то отрима¹мо, наприклад, | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| òàêå :-) | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| e = | 
 | lim | 
 | e = | 
 | lim | 
 | 
 | 
 | 
 | x1 | 
 | 
 | x lim | 
 | (ex ¡ 1) | 
 | 
 | = e | 
 | = 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 
 | 
 | x | 
 | 0 | . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | (e ) | 
 | 
 | = e !¡1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||||||||||||||||||
x!¡1 x!¡1
58
ÐÎÇÄIË 7
ДОСЛIДЖЕННЯ ФУНКЦIЙ ЗА ДОПОМОГОЮ ГРАНИЦЬ I ПОХIДНИХ
1.Дослiдження за допомогою першо¨ похiдно¨.
2.Дослiдження за допомогою друго¨ похiдно¨.
3.Знаходження асимптот.
4.Схема дослiдження графiкiв функцiй.
5.Гiперболiчнi функцi¨.
6.Функцiя Гауса.
7.1. Дослiдження за допомогою першо¨ похiдно¨
Нехай ма¹мо функцiю f : (a; b) ! R, ¡1 · a < b · 1.
Означення 7.1. Точки x0 2 (a; b), â ÿêèõ ïîõiäíà àáî íå iñíó¹, àáî ðiâíà
нулю називаються критичними, ÷è стацiонарними, ÷è точками, пiдозрiлими на екстремум.
Теорема 7.1. Нехай функцiя f : (a; b) ! R диференцiйовна всюди i x0 критична точка. Тодi якщо
1. f0(x) > 0 лiворуч вiд x0, а праворуч f0(x) < 0, òî x0 точка локаль-
ного максимуму;
2. f0(x) < 0 лiворуч вiд x0, а праворуч f0(x) > 0, òî x0 точка локаль- íîãî ìiíiìóìó;
3. однаковий знак похiдно¨ з обох бокiв x0 в цiй точцi екстремуму
íåìà.
 
59
| x < x0 | x0 | x0 < x | f | 
| f0(x) > 0 | f0(x) = 0 | f0(x) < 0 | локальний максимум | 
| f0(x) < 0 | àáî | f0(x) > 0 | локальний мiнiмум | 
| f0(x) < 0 | íå | f0(x) > 0 | екстремуму нема | 
| f0(x) > 0 | iñíó¹ | f0(x) < 0 | екстремуму нема | 
Про iнтервали зростання i спадання функцi¨ говорилося ранiше в теоремах 6.16-6.18.
7.2. Дослiдження за допомогою друго¨ похiдно¨
Означення 7.2. Функцiя f : (a; b) ! R строго опукла вниз, якщо для всяких x1; x2 2 (a; b), x1 < x2, частина графiка мiж точками
M1(x1; f(x1)) i M2(x2; f(x2)) лежить пiд вiдрiзком M1M2.
Вiдрiзки задаються таким чином:
[x1; x2] = f(1 ¡ ®)x1 + ®x2 j ® 2 [0; 1]g,
[f(x1); f(x2)] = f(1 ¡ ®)f(x1) + ®f(x2) j ® 2 [0; 1]g. Тому ми можемо дати також таке означення:
Функцiя f : (a; b) ! R строго опукла вниз, ÿêùî
(8x1; x2 2 (a; b))(8® 2 [0; 1]): ff((1 ¡ ®)x1 + ®x2) < (1 ¡ ®)f(x1) + ®f(x2)g:
ßêùî çíàê < çàìiíèòè íà ·, то отрима¹мо означення опуклостi вниз, ÿêùî íà > строго¨ опуклостi вверх, ÿêùî íà ¸ опуклостi вверх.
Теорема 7.2. Всюди диференцiйовна функцiя опукла вниз на (a; b) òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè f0 монотонно не спада¹ на (a; b).
Всюди диференцiйовна функцiя f : (a; b) ! R опукла вверх на (a; b) òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè f0 монотонно не зроста¹ на (a; b).
Враховуючи теореми з попередньо¨ лекцi¨, ми можемо цю теорему переформулювати так:
Теорема 7.3. Всюди два рази диференцiйовна функцiя f : (a; b) ! R опукла вниз на (a; b) òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè f00(x) ¸ 0 всюди на (a; b).
60
Всюди два рази диференцiйовна функцiя f : (a; b) ! R опукла вверх на (a; b) òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè f00(x) · 0 всюди на (a; b).
Теорема 7.4. Всюди два рази диференцiйовна функцiя f : (a; b) ! R cтрого опукла вниз на (a; b) òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè f00(x) ¸ 0 всюди на (a; b) i íå iсну¹ iнтервала (®; ¯) 2 (a; b) äå f00 перетворю¹ться в тотожнiй нуль.
Всюди два рази диференцiйовна функцiя f : (a; b) ! R cтрого опукла вверх на (a; b) òîäi i òiëüêè òîäi, êîëè f00(x) · 0 всюди на (a; b) i не iсну¹ iнтервала (®; ¯) 2 (a; b) äå f00 перетворю¹ться в тотожнiй нуль.
Означення 7.3. Точка x0 2 (a; b) назива¹ться точкою перегину функцi¨ f : (a; b) ! R, ÿêùî iñíó¹ òàêå ± > 0, ùî íà (x0 ¡ ±; x0) i (x0; x0 + ±) функцiя опукла в рiзнi боки.
Теорема 7.5. Якщо точка x0 2 (a; b) ¹ точкою перегину функцi¨ f : (a; b) ! R, то друга похiдна в цiй точцi або рiвна нулю, або не iсну¹.
Теорема 7.6. Нехай функцiя f : (a; b) ! R два рази диференцiйовна на (a; b) n fx0g. Òîäi:
1. якщо при переходi через точку x0 друга похiдна мiня¹ знак x0 ¹
точкою перегину;
2. якщо похiдна не мiня¹ знаку перегину нема.
Теорема 7.7. Нехай функцiя f : (a; b) ! R два рази диференцiйовна i x0 2 (a; b) критична точка: f0(x0) = 0. Òîäi ÿêùî
1. f00(x0) > 0, òî â òî÷öi x0 ма¹мо локальний мiнiмум; 2. f00(x0) < 0, òî â òî÷öi x0 ма¹мо локальний максимум.
7.3. Знаходження асимптот
Означення 7.4. Нехай f : A ! R i a гранична точка множини A. Пряма x = a назива¹ться вертикальною асимптотою графiка функцi¨ f, якщо викону¹ться принаймнi одне з спiввiдношень:
lim f(x) = §1 ÷è lim f(x) = §1:
| x!a¡0 | x!a+0 | 
