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

МАТЕМАТИКА(Lek_13-24_1_ivi)

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
259 Кб
Скачать
☆
розриву другого роду (äèâ. ðèñ. 16.3).
Приклад 16.4. Дослiдити на неперервнiсть функцiю f(x) = x2 + 2x − 3. x − 1
Дана функцiя неперервна всюди, крiм, можливо, точки x = 1. Ìà¹ìî
Означення 16.6. Якщо в точцi розриву x0 хоча б одна з одностороннiх границь lim f(x) àáî lim f(x) не iсну¹ чи дорiвню¹ нескiнченностi, то x0
x→x0−0
x→x0+0
називають точкою

 

Означення 16.5. Якщо в точцi розриву x0 iснують скiнченнi одностороннi границi,

àëå

lim

f(x) = lim

0

f(x), òî x

0

називають точкою розриву першого роду, а рiзницю

x

→

x0+0

̸ x

x0

−

 

 

 

 

→

 

 

 

 

 

стрибком функцi¨ f(x) ó òî÷öi x0 (äèâ. ðèñ. 16.2).

x→1±0

x2 + 2x

3

{

0

}

= x→1±0

(x

1)(x + 3)

x→1±0

x − 1−

 

0

 

−x − 1

lim

 

 

=

 

 

lim

 

 

=

lim (x + 3) = 4.

Оскiльки функцiя в x = 1 невизначена, то ма¹мо усувний розрив.

16.3. Властивостi неперервних функцiй

Теорема 16.3. ßêùî f(x) i g(x) неперервнi в точцi x0, то для довiльно¨ стало¨ Cf(x),

 

 

f(x)

 

 

 

f(x)

± g(x), f(x) · g(x) i

 

, ÿêùî g(x0) ̸= 0, ¹ неперервними в точцi x0.

 

 

g(x)

 

 

 

Теорема 16.4. ßêùî f(x) неперервна в точцi x0,

à h(y) неперервна

â

òî÷öi

y0 =

lim f(x), òî h(f(x)) ¹ неперервною в точцi x0.

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

Теорема 16.5 (теорема Вей¹рштрасса). Якщо функцiя неперервна на вiдрiзку, то

вона обмежена i досяга¹ свого найбiльшого i найменшого значення.

 

 

 

Теорема 16.6 (теорема Больцало-Кошi). ßêùî

f(x) неперервна

íà

[a, b] ,

f(a) = A, f(b) = B i A < B, то для довiльного числа C (A; B) iñíó¹ c (a; b) òàêå, ùî f(c) = C.

Íàñëiäîê 16.1. ßêùî f(x) неперервна на [a, b] i на кiнцях прийма¹ значення рiзних знакiв, то обов'язково знайдеться точка c (a, b) òàêà, ùî f(c) = 0.

Íàñëiäîê 16.2. ßêùî f(x) неперервна в точцi x0 i f(x0) > 0, то iсну¹ деякий δ-îêië, äå f(x) > 0.

Теорема 16.7. ßêùî f(x) неперервна на [a, b] i строго монотонна, то iсну¹ обернена до не¨ функцiя x = f−1(y), яка також неперервна i монотонна.

47

Ëåêöiÿ 17. Ïîõiäíà

17.1. Визначення похiдно¨

Нехай y = f(x) визначена на промiжку (a; b). Вiзьмемо точку x (a; b) i надамо ¨й прирiст ∆x такий, що (x + ∆x) (a; b). Тодi функцiя отрима¹ прирiст ∆y = f(x+∆x)−f(x).

Означення 17.1. Якщо iсну¹ скiнченна границя вiдношення приросту функцi¨ f â òî÷öi x (a; b) до приросту аргументу, коли останнiй пряму¹ до нуля, то ¨¨ називають ïîõiäíîþ функцi¨ f â òî÷öi x i позначають f′(x) àáî y′(x)

f′(x) = lim

f(x + ∆x) − f(x)

.

(17.1)

∆x→0

∆x

 

Приклад 17.1. Використовуючи означення похiдно¨, знайти похiдну f(x) = x2+3x−1.

f′(x) = lim

(x + ∆x)2 + 3(x + ∆x) − 1 − x2 − 3x + 1

=

 

∆x→0

∆x

 

= lim

2x∆x + (∆x)2 + 3∆x

= lim (2x + ∆x + 3) = 2x + 3.

 

∆x

∆x→0

∆x→0

 

Означення 17.2. Функцiя y = f(x) назива¹ться диференцiйовною â òî÷öi x (a; b), якщо прирiст функцi¨ у цiй точцi можна зобразити у виглядi

 

 

y = A · x + α( x),

(17.2)

äå A деяка стала, а

α(∆x)

→ 0 êîëè x → 0.

 

 

 

∆x

 

Функцiя, диференцiйовна у всiх точках (a; b), назива¹ться диференцiйовною на цьому промiжку.

Теорема 17.1. Для того, щоб функцiя була диференцiйовною в точцi необхiдно i досить, щоб вона мала в цiй точцi похiдну.

Доведення. Якщо функцiя диференцiйовна в точцi, то

lim

∆y

 

lim

A

 

∆x + α(∆x)

= lim

(

A +

α(∆x)

= A,

∆x

=

 

·

∆x

∆x

∆x→0

∆x→0

 

∆x→0

 

)

тобто функцiя ма¹ в цiй точцi похiдну i f′(x) = A. Якщо ж функцiя ма¹ в точцi похiдну, то

lim ∆y = f′(x),

∆x→0 ∆x

à, îòæå,

∆y = f′(x) + β(∆x), ∆x

äå β(∆x) → 0 ïðè x → 0. Òîäi

∆y = f′(x)∆x + α(∆x),

(17.3)

äå α(∆x) = β(∆x)∆x. Отже, функцiя диференцiйовна i A = f′(x). Теорема доведена.

48

U′V − UV ′
V 2

Поняття диференцiйовностi функцi¨ ототожню¹ться з наявнiстю похiдно¨, а операцiю знаходження похiдно¨ називають диференцiюванням.

Приклад 17.2. Довести, що функцiя f(x) = |x| не ¹ диференцiйовною в точцi x = 0.Îñêiëüêè

lim

|0 + ∆x| − |0|

=

lim

∆x

= 1,

∆x

∆x

∆x→0+0

 

∆x→0+0

 

à

 

 

 

 

 

|0 + ∆x| − |0|

 

 

 

 

−∆x

 

 

 

 

 

lim

 

=

lim

 

=

−

1,

 

 

0

∆x

0

∆x

 

 

∆x

0

−

 

∆x 0

−

 

 

 

 

 

→

 

 

 

→

 

 

 

 

 

òî lim

|0 + ∆x| − |0|

не iсну¹. Отже, функцiя в 0 íå ì๠ïîõiäíî¨.

∆x

∆x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 17.2. Якщо функцiя диференцiйовна в деякiй точцi, то вона в нiй неперервна.

Зауваження 17.1. Якщо функцiя неперервна в точцi x0, то вона не обов'язково ди-

ференцiйовна в цiй точцi. √

Наприклад, функцi¨ y = |x| òà y = 3 x2 ¹ неперервними, але не диференцiйовними в точцi x = 0.

17.2. Правила диференцiювання

1.C′ = 0.

2.(U ± V )′ = U′ ± V ′.

3.(UV )′ = U′V + UV ′.

4.(CU)′ = CV ′.

( )′

U

5. V = , ïðè V ≠ 0.

6.ßêùî y = φ(x) диференцiйовна в точцi x0, а функцiя g = f(y) диференцiйовна в точцi y0 = φ(x0), òî g(x) = f(φ(x)) також диференцiйовна в точцi x0 i

g′(x0) = f′(y0)φ′(x0).

(17.4)

7.Якщо функцiя y = f(x) диференцiйовна в точцi x0, то обернена до не¨ функцiя x = f−1(y) (якщо вона iсну¹) диференцiйовна в точцi y0 = f(x0), i ïðè f′(x0) ≠ 0

 

 

 

 

 

 

 

(f−1)′ (y0) = f′(x0).

 

 

 

(17.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Приклад 17.3. Знайти похiдну функцi¨ y = arcsin x.

 

 

 

 

 

′

 

1

 

1

1

1

1

.

(arcsin x)

=

 

=

 

=

 

 

=

 

 

=

√

 

(sin y)′

cos y

√

 

√

 

1 − sin2 y

1 − (sin arcsin x)2

1 − x2

49

1.(xn)′ = nxn−1;

2.(ax)′ = ax ln a;

′1

3.(loga x) = x ln a;

′

4. (sin x) = cos x;

′

5. (cos x) = − sin x;

′

 

1

 

6. (tg x)

=

 

;

cos2 x

′1

7.(ctg x) = −sin2 x;

17.3. Таблиця похiдних

(√x)′

= 2√x;

(x)

′

= −x2 ;

 

 

 

1

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ex)′ = ex;

(ln x)′ = x1 ;

′

1

 

 

 

 

8. (arcsin x)

=

√

 

 

 

 

;

 

1 − x2

 

′

1

 

 

 

9. (arccos x)

= −√

 

 

 

;

1 − x2

′

1

 

 

 

 

 

10. (arctgx) =

 

 

;

 

 

 

1 + x2

 

 

 

′

1

 

 

 

11. (arcctgx) = −

 

.

 

1 + x2

 

17.4. Логарифмiчне диференцiювання.

Функцiю вигляду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = f(x)φ(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(17.6)

називають степенево-показниковою .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Якщо прологарифмувати дану рiвнiсть, отрима¹мо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln y = φ(x) ln f(x).

 

 

 

 

 

 

 

Продиференцiювавши обидвi частини, матимемо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

′

 

′

àáî

 

 

′

= y ·

 

 

 

 

 

′

 

 

y

y

 

= (φ(x) ln f(x))

 

 

y

 

(φ(x) ln f(x)) .

 

Îòæå,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

y′ = f(x)

φ(x)

 

 

 

 

 

 

(17.7)

 

 

 

 

 

 

· (φ(x) ln f(x))

Приклад 17.4. Знайти похiдну функцi¨ y = xsin x.

 

 

 

 

 

 

 

y′ = xsin x · (sin x ln x)′

= xsin x · (cos x · ln x + sin x ·

1

).

 

 

 

x

 

Iнодi логарифмiчне диференцiювання спрощу¹ процес взяття похiдно¨ i у випадку зви-

чайних функцiй.

 

 

 

 

 

 

√3

 

 

 

√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

Приклад 17.5. Знайти похiдну функцi¨ y =

2x + 1

x2 − 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√4 3 − x

 

√√

 

ln y = ln

 

3

2x + 1 x2 − 2

 

=

1

ln(2x + 1) +

1

 

ln(x2

 

2)

 

 

1

ln(3

 

x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√4 3 − x

 

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

−

 

 

− 4

−

 

 

1

· y′

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

·

 

 

 

 

 

· 2 +

 

 

 

·

 

 

 

· 2x −

 

 

·

 

 

 

· (−1)

 

 

 

 

y

3

2x + 1

2

x2 − 2

4

 

3 − x

 

 

 

 

 

 

 

 

√3

 

 

 

 

√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

x

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y′ =

 

 

2

√4

 

 

−

 

(

 

+

 

 

+

 

 

).

 

 

 

 

 

 

 

 

6x + 3

x2 − 2

 

12 − 4x

 

 

 

 

 

 

 

3 − x

 

 

 

 

50

Ëåêöiÿ 18. Геометричний змiст похiдно¨. Диференцiал. Похiднi та диференцiали вищих порядкiв

18.1. Геометричний змiст похiдно¨

y

 

 

 

 

!"чна

f ( x0 + D x)

M1

&о(ична

 

f ( x0 )

M 0

 

 

 

A

A ( D x

 

o

x0 x0 + Dx

x

 

Ðèñ. 18.1.

 

Розглянемо точки цi¹¨ криво¨: M0(x0; f(x0)) i M1(x0 + ∆x; f(x0 + ∆x)). Пряму, що проходить через точки M0 òà M1 називатимемо ñi÷íîþ.

Означення 18.1. Граничне положення сiчно¨ при ∆x → 0 назива¹ться дотичною до графiка функцi¨ y = f(x) â òî÷öi M0.

Дотична паралельна осi Oy назива¹ться вертикальною, решта похилими.

Теорема 18.1. Для того, щоб iснувала похила дотична до графiка функцi¨ y = f(x) â

òî÷öi M0(x0, y0), необхiдно i досить, щоб функцiя y = f(x) ìàëà ïîõiäíó â òî÷öi x0. Рiвняння дотично¨ ма¹ вигляд:

 

y = f′(x0)(x − x0) + y0.

(18.1)

Доведення. Îñêiëüêè,

 

 

 

 

 

f(x0 + ∆x) − f(x0)

= tg α(∆x),

 

 

 

∆x

 

 

òî

 

f(x0 + ∆x) − f(x0)

 

 

 

lim

= tg α.

 

 

∆x

 

∆x→0

 

 

Îòæå,

 

 

 

 

 

 

 

f′(x0) = tgα,

 

(18.2)

äå α кут нахилу дотично¨.

Для довiльно¨ точки M(x, y) з дотично¨

y − y0 = tgα, x − x0

тобто

y − y0 = f′(x0) (x − x0)

i теорему доведено.

51

18.2. Диференцiал

Нехай y = f(x) диференцiйовна, тодi згiдно (??)

y = f′(x) x + α( x),

(18.3)

äå

α(∆x)

→ 0 êîëè x → 0.

∆x

Означення 18.2. Лiнiйну частину приросту диференцiйовно¨ функцi¨ називають диференцiалом функцi¨ i позначають df.

Ç (??) виплива¹, що

df(x) = f′(x) x.

Враховуючи, що при f(x) ≡ x ìà¹ìî dx = x′∆x = ∆x, òî

df(x) = f′(x)dx.

(18.4)

Властивостi диференцiала

1.dC = 0;

2.d (U ± V ) = dU ± dV ;

3.d (UV ) = V dU + UdV ;

4.d(CU) = CdU;

(V )

 

V 2 ;

5. d

U

 

=

V dU − UdV

 

 

 

6. d (f (U)) = f′ (U) dU.

Геометричний змiст диференцiала: диференцiал df(x0) ¹ приростом ординати дотично¨, проведено¨ до криво¨ в точцi (x0, f(x0)) , що вiдповiда¹ приросту аргументу ∆x.

18.3. Похiднi i диференцiали вищих порядкiв

Означення 18.3. Ïîõiäíîþ n-го порядку назива¹ться похiдна вiд похiдно¨ (n − 1)-ãî

порядку

f(n)(x) = (f(n−1)(x))

.

(18.5)

Тобто,

 

 

 

′

 

 

′

= f′′(x) − друга похiдна,

 

 

(f′(x))

 

 

′

= f′′′(x) − третя похiдна

 

 

(f′′(x))

 

i ò.ä.

Приклад 18.1. Знайти похiднi до

1

 

1

 

′

 

 

 

1

 

y′ =

 

, y′′ =

(

 

)

= −

 

,

x

x

x2

n-го порядку включно вiд функцi¨ y = ln x.

()′

y′′′ =

 

1

=

2

, yIV =

2 · 3

, . . . .

−x2

x3

− x4

 

 

 

 

Îòæå,

y(n) = (−1)n−1(n − 1)!. xn

52

Означення 18.4. Диференцiалом n-го порядку функцi¨ називають диференцiал вiд диференцiала (n − 1)-го порядку цi¹¨ функцi¨, тобто

dnf(x) = d(dn−1f(x)).

Îñêiëüêè dx = ∆x, òî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

d2f(x) = d(df(x)) = d(f′(x)dx) = (f′(x)dx) dx = f′′(x)dx2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

d3f(x) = d(d2f(x)) = d(f′′(x)dx2) = (f′(x)dx) dx = f′′′(x)dx3,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . . ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnf(x) = f(n)(x)dxn.

(18.6)

З рiвностi (??) виплива¹, що

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(n)(x) =

dnf(x)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxn

 

Приклад 18.2. Знайти диференцiал n-го порядку функцi¨ y = sin x.

Îñêiëüêè,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

y′ = (sin x)′

= cos x = sin(x +

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

y′′

 

 

 

 

′

= − sin x = sin(x + π);

 

 

 

 

 

= (cos x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3π

 

 

 

 

y′′′ = (− sin x)

 

=

− cos x = sin(x +

 

)

 

 

 

2

 

 

 

y(IV ) = (− cos x)′

= sin x = sin(x + 2π);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(n)

= sin(x +

πn

),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

òî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnf = sin(x +

 

 

)dxn.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

18.4. Похiдна функцi¨, задано¨ параметрично

Нехай

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = φ(t)

 

, α ≤ t ≤ β.

 

Îñêiëüêè dy = yx′ dx, òî

 

 

{ y = ψ(t)

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

ψ′(t)dt

 

 

 

y′

 

 

 

 

 

 

 

 

yx′ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

=

t

.

(18.7)

 

 

 

 

 

 

 

dx

φ

(t)dt

x′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

t

 

Приклад 18.3. Знайти yx′

та записати рiвняння дотично¨ в точцi M0(0; 2), ÿêùî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = 2 cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{ y = 2 sin t .

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ìà¹ìî y′

=

(2 sin t)t

=

 

2 cos t

=

−

ctg t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

(2 cos t)t′

 

−2 sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

Îñêiëüêè, x0 = 0, y0 = 2, òî t0 =

π

, à yx′ |M0

= − ctg

π

= 0. Тодi рiвняння дотично¨

 

 

2

2

 

 

y = 2.

 

 

 

18.5. Похiдна неявно задано¨ функцi¨

Нехай функцiя задана неявно

F (x, y) = 0.

Щоб знайти похiдну y′, потрiбно продиференцiювати це рiвняння за незалежною змiнною x, вважаючи, що y ¹ функцi¹ю змiнно¨ x, а потiм з одержаного рiвняння знайти y′.

Приклад 18.3. Обчислити y′, ÿêùî x2y3 + sin y − x = 0.Продиференцiю¹мо дану рiвнiсть i виразимо y′:

(x2y3 + sin y − x)′ = 0

(x2y3)′ + (sin y)′ − x′ = 0

2xy3 + x23y2y′ + cos y y′ − 1 = 0. y′ (3x2y2 + cos y) = 1 − 2xy3

Îòæå,

y′ = 1 − 2xy3 .

3x2y2 + cos y

18.6. Механiчний змiст похiдно¨

Нехай S = S(t) залежнiсть шляху вiд часу. Тодi

S′(t) = lim S(t + ∆t) − S(t) = v(t)

∆t→0 ∆t

митт¹ва швидкiсть, а

S′′(t) = v′(t) = a(t)

прискорення в момент часу t.

54

Точка x0 назива¹ться
Нагада¹мо, що точка

Ëåêöiÿ 19. Властивостi диференцiйованих функцiй

19.1. Основнi теореми диференцiального числення

x0 назива¹ться точкою локального максимуму функцi¨ y = f(x), ÿêùî äëÿ âñiõ x з деякого околу точки x0 викону¹ться нерiвнiсть f(x) ≤ f( x0).

точкою локального мiнiмуму f(x), ÿêùî äëÿ âñiõ x з деякого

околу точки x0 викону¹ться нерiвнiсть f(x) ≥ f( x0).

Якщо данi нерiвнiстi виконуються для всiх x D(f), то точки називаються вiдповiдно точками глобального максимуму i ìiíiìóìó f(x).

Точки максимуму i мiнiмуму називаються точками екстремуму функцi¨. Значення функцi¨ в цих точках називаються вiдповiдно максимумом i мiнiмумом функцi¨.

Теорема 19.1 (теорема Ферма). Якщо функцiя y = f(x) диференцiйована в точцi x0 i x0 ¹ точкою екстремуму, то f′(x0) = 0.

Теорема 19.2 (теорема Ролля). Нехай функцiя f(x) неперервна на [a, b], диференцiйована на (a, b) i на кiнцях вiдрiзка ма¹ однаковi значення, тобто f(a) = f(b). Тодi iсну¹ принаймi одна така точка x0 (a, b), ùî f′(x0) = 0.

Теорема 19.3 (теорема Лагранжа). Нехай функцiя f(x) неперервна на [a, b] i диференцiйована на (a, b). Тодi iсну¹ принаймi одна така точка c (a, b), ùî

 

f′(c) =

f(b) − f(a)

.

(19.1)

 

 

 

 

b − a

 

Теорема 19.4 (теорема Кошi). Нехай функцi¨ f(x) i g(x) неперервнi на [a, b] i äè-

ференцiйовнi на (a, b), причому g(x) ̸= 0. Тодi iсну¹ принаймi одна така точка

c (a, b),

ùî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(b) − f(a)

=

f′(c)

.

(19.2)

 

 

 

 

g(b)

−

g(a)

 

g′(c)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19.2. Правило Лопiталя.

Теорема 19.5. Границя вiдношення двох безмежно малих або безмежно великих величин дорiвню¹ границi вiдношення ¨х похiдних, якщо остання iсну¹.

Приклад 19.1.

Приклад 19.2.

Приклад 19.3.

 

lim

f(x)

=

 

 

0

àáî

 

 

 

 

 

lim

f′(x)

.

 

 

(19.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g(x)

0

 

 

 

 

 

g′(x)

 

x→x0

{

 

∞∞} = x→x0

 

 

 

 

 

 

√3

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

1/3x−2/3

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

lim

x

 

=

 

= lim

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{0}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→1

√x −

1

 

 

 

 

 

x→1

1/2x−1/2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 cos 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln sin 2x

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 cos 2x sin x

 

lim

=

 

 

 

 

= lim

sin 2x

= lim

= 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln sin x

{∞}

 

cos x

 

 

cos x sin 2x

x→0

 

 

 

x→0

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

x2 − 1 + ln x

=

 

 

 

0

= lim

2x + x1

=

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

 

0}

ex

 

 

 

 

 

x→1

 

 

 

ex − e

 

 

 

 

 

 

 

x→1

 

 

 

e

 

 

 

 

 

55

Зауваження 19.1. lim

 

f′(x)

 

може не iснувати, а

lim

f(x)

 

може iснувати.

 

 

 

 

g(x)

 

 

 

 

x

→

x0

 

g′(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

→

(

 

 

 

) íå iñíó¹.

 

 

 

 

 

x→0

sin x

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

x2 sin x1

= 0, à lim

2x sin x1

+ x2 cos x1

−

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приклад 19.4. lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зауважння 19.1. Невизначеностi {∞ − ∞}, {0 · ∞}, { 00}, { ∞0}, { 1∞} з допомогою

алгебра¨чних перетворень або логарифмування можна звести до {

0

},{

∞

}.

 

 

0

∞

 

 

Приклад 19.5. lim

ctg x

 

 

1

 

=

 

 

 

 

= lim

 

cos x

 

1

 

 

 

= lim

x cos x − sin x

=

− x)

{∞ − ∞}

(sin x − x)

 

 

 

 

x→0 (

 

 

 

 

 

x→0

x→0

x sin x

 

=

0

 

= lim

cos x − x sin x − cos x

=

 

 

lim

 

 

x sin x

 

 

 

 

=

 

0

 

 

=

 

0}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

x→0

 

 

sin x + x cos x

− x→0 sin x + x cos x

{0}

 

 

sin x + x cos x

= − lim = 0. x→0 cos x + cos x − x sin x

Приклад 19.6. Знайти lim xsin x.

x→0

Оскiльки ма¹мо випадок {00}, то позначимо lim xsin x = A i прологарифму¹мо дану

ðiâíiñòü

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln A = lim sin x ln x = lim

ln x

=

∞

= lim

1/x

 

=

lim

sin2 x

= 0.

 

 

2

 

 

 

→

 

→

1/ sin x

{∞

}

→

x

−→ x cos x

x

0

− cos x/ sin

 

x 0

 

 

 

x

0

 

 

x

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Îòæå, lim xsin x = e0 = 1.

x→0

Приклад 19.7. Знайти lim (ctg x)1/ ln x .

x→0

Оскiльки ма¹мо випадок {∞0}, то позначимо lim (ctg x)1/ ln x = A i прологарифму¹мо

äàíó ðiâíiñòü

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

{

 

}

= lim

−

 

·

 

 

 

 

 

ln A = lim

ln ctg x

=

∞

ctgx

sin2 x

 

= lim

x cos x

= 1.

 

∞

 

 

 

 

 

 

x→0

ln x

 

x→0

−x1

 

x→0 sin x

 

Òîìó lim (ctg x)1/ ln x = e.

x→0

19.3. Формула Тейлора.

Теорема 19.6. Якщо f(x) ì๠ïîõiäíi äî n-го порядку в x0 i (n+1)-øó ïîõiäíó â îêîëi ò. x0, то ма¹ мiсце формула Тейлора

 

 

 

 

∑k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

f(k)(x0)

 

 

 

 

(19.4)

 

f(x) =

 

 

 

k!

 

(x − x0)n + g(x)(x − x0)n+1

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

äå g(x) така функцiя, що

lim g(x) = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0

−

 

x0)n+1 будемо називати залишковим членом.

Вираз Rn+1(x, x0) = g(x)(x

 

 

 

 

 

 

 

(n+1)

(x0 + θ(x − x0))

 

 

 

 

 

 

Можна взяти R

 

(x, x

) =

f

 

(x

−

x

)n+1, θ

 

(0, 1).

 

 

 

 

n+1

 

0

 

 

 

 

 

 

(n + 1)!

0

 

 

У випадку x0 = 0 ¨¨ ще називають

формулою Маклорена.

 

 

56