Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебно-прктич. пособие по матем.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
1.86 Mб
Скачать

 

7.2.5. Сравнение бесконечно малых функций.

 

 

Пусть

α =α(x) и

 

β = β(x)

 

 

бесконечно малые

функции при

x x0

и пусть существует предел отношения lim

α(x)

= k .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xx

β(x)

 

 

Определение

7.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

Если k =1,

то

 

α(x) и β(x) называются

эквивалентными бесконечно малыми

и пишут α(x) ~ β(x) ;

если 0<

 

k

 

< , то α(x)

и β(x) называются бесконечно малыми

 

 

одного порядка и пишут

 

α(x) = O(β(x))

или β(x) = O(α(x)) ;

если k = 0 ,

то α(x) называется бесконечно малой более высокого

порядка и пишется α(x) =о( β(x) );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если k = ∞ ,

то α(x) называется бесконечно малой более низкого

порядка чем β(x) (соответственно β(x)

 

― бесконечная малая более

высокого порядка, чем α(x)

и пишется

β(x) =о(α(x) );

 

 

если

 

 

 

 

 

 

α(x)

не

существует,

то

α(x)

и

β(x)

называются

xlimx β

(x)

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

несравнимыми бесконечно малыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 7.4.

 

Сравнить

бесконечно

 

малые

 

α(x)

 

и β(x) при

x x0 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) α(x) =

3

 

, β(x) =

1

 

, x = ∞; б) α(x) = 3

 

, β(x) = x

, x = 0 ;

x

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

x

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) α(x) = x , β(x) = sin 3x ,

x0 = 0 ;

 

г)

α(x) = x ,

β(x) = sin x , x0 = 0 ;

д) α(x) = x sin 1 ,

β(x) = x , x = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

lim α(x)

= lim

 

3 x

 

= lim

 

3 = 0, α(x) = o (β(x));

2

 

x→∞

 

β(x)

 

x→∞

x

1

x→∞

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α(x)

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

lim

= lim

 

x

=

 

lim

 

= ∞, β(x) = o (α(x));

β(x)

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x2

 

x0

 

 

x0

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

lim

α(x)

= lim

 

 

 

 

x

 

= lim

 

3x

 

 

 

1 =

1

 

 

 

 

β(x)

 

sin 3x

 

sin 3x

3

 

 

 

 

 

x0

 

 

x0

 

x0

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

1

α(x) = O( β(x));

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xlim0

 

= 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

93

г) lim

α(x)

= lim

x

 

=1 α(x) ~ β(x)

β(x)

sin x

x0

 

x0

 

 

 

 

xsin

1

 

 

 

1

 

д) lim

x

= lim sin

. Данный предел не существует, значит

x

 

x

x0

 

 

x0

 

α(x) и β(x) – несравнимые бесконечно малые.

7.2.6. Раскрытие неопределенностей.

Часто встречаются арифметические предельные выражения, для вычисления которых уже недостаточно знания пределов каждой функции по отдельности, а нужно учитывать и закон их совместного изменения. Это так называемые «неопределенные выражения».

Если α(x) и β(x)

 

бесконечно малые функции при x x0 , то

 

выражение α(x)

при x x

называется неопределенностью

типа 0 ;

β(x)

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если α(x) и β(x)

 

 

бесконечно большие функции при

x x0 , то

 

выражение α(x)

при

x x

 

называется неопределенностью типа

β(x)

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, а выражение α(x) β(x)

 

 

неопределенностью типа

∞−∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если α(x)

 

бесконечно малая,

а β(x)

 

бесконечно большая

 

 

функции при x x0 ,

то

α(x) · β(x)

называется неопределенностью

типа 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,

0 , 00 .

Аналогично

определяются неопределенности

Раскрыть неопределенность означает найти предел, если он существует, соответствующего выражения, а это зависит от поведения функций, входящих в выражение.

Пример 7.5. Найти lim 2x2 +7x 9 , если а) c = 2; б) c =1; в)c = ∞.

xc x2 + x 2

Решение. а) Применяя теорему о пределе частного, получим:

94

 

 

 

2x

2

+7x

9

 

lim(2x2

+7x 9)

 

2

2

2

+7 2 9

 

13

 

 

lim

 

=

x2

 

 

=

 

=

;

 

 

x

2

+ x 2

lim(x

2

+ x 2)

 

2

2

+ 2 2

 

4

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

lim

2x2 +7x

9

. Здесь нельзя применить теорему о пределе

 

x

2

+ x 2

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частного, так как предел знаменателя и

числителя

равен

нулю.

Значит,

имеем

 

 

неопределенность

типа

0 .

 

Для раскрытия

этой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

неопределенности разложим числитель и знаменатель на множители,

используя формулу ax2 +bx +c = a(x x )(x x ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

2

+7x

 

 

2(x

1)(x + 9)

 

 

Тогда lim

2x2

9 = lim

 

2

 

=

 

 

+ x 2

(x 1)(x +2)

 

 

 

 

 

x1

x

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(x +

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=lim

2)

 

= lim

2x +9

= 2 1+9

= 11

;

 

 

 

 

 

 

 

 

x +2

 

 

 

x1

(x + 2)

 

 

x1

1+2

3

 

 

в)

lim

2x2 +

7x

9

.

В этом случае и числитель, и знаменатель при

x

2

+ x

2

 

x → ∞

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стремятся

к

 

бесконечности, т.е.

 

являются

бесконечно

большими функциями.

 

 

Имеем неопределенность типа

. Для ее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

раскрытия разделим числитель и знаменатель дроби на x2 , получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

9

2 +

7

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x2

 

 

 

 

 

 

lim

2x2 +7x

= lim

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

x

+ x 2

 

x→∞ 1+

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x2

 

7

 

9

 

1 ,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Так как

,

,

 

 

являются бесконечно малыми при x → ∞,

x

x2

 

x2

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то числитель стремится к 2, а знаменатель ― к 1, и поэтому искомый предел равен 12 =2.

Пример 7.6. Найти lim sin 3x . x0 tg5x

95

Решение. Так как lim sin 3x = sin 0 = 0 и

lim tg5x = tg 0 = 0 , то

x0

x0

здесь мы имеем неопределенность типа 00 . Преобразуем функцию

sin 3x

так, чтобы использовать первый замечательный предел

tg5x

 

lim sinα

=1.

В итоге получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α0

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 3x

3

 

 

lim sin 3x

= lim sin 3x

cos5x =

 

 

 

 

3x

 

 

lim

 

cos5x

 

 

 

 

 

 

x0

tg5x

 

 

x0 sin 5x

 

 

 

 

 

 

x0

sin 5x

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x

 

 

 

 

 

 

3 lim

sin 3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1 1

= 3 .

 

 

 

=

 

x0

 

 

lim cos5x

=

 

 

 

 

 

sin 5x

 

 

 

 

 

 

 

5 lim

 

x0

 

 

 

 

 

5 1

5

 

 

 

 

 

 

5x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2

5x+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 7.7. Найти lim

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

Решение.

Так

 

как lim

x +2

 

= lim

+ x

 

=1, lim (5x +2)

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

x→∞

 

 

1

 

 

x→∞

=

= ∞, то

имеем дело с неопределенностью типа 1. Поэтому преобразуем данное выражение так, чтобы использовать второй замечательный

 

+

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предел lim 1

x

 

= e :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +2 5x+2

 

 

2 5x+2

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

= lim 1

+

 

=

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

x→∞

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5x+2)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

lim10x+4

 

 

 

 

 

 

2)2

= e10

 

 

 

lim (1

+

 

= e x→∞

 

x

 

 

 

x→∞

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x 1 1.

Пример 7.8. Найти limx 3x 3

1

Решение. Так как

96