Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
сборник выс мат часть 1(2013).pdf
Скачиваний:
144
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
2.2 Mб
Скачать

5.5. Сравнение бесконечно малых

Пусть α =α(x) и β = β(x) есть бесконечно малые функции при x x0 ,

т.е. lim α(x) = lim β(x) = 0 . Для сравнения при x x0 двух данных бесконечно

xx0 xx0

малых функций находят предел их отношения lim α(x) .

xx0 β(x)

1. Если lim α(x) = 0 , то функция α(x) называется бесконечно малой более

xx0 β(x)

высокого порядка, чем β(x) при x x0 . В этом случае пишут α(x) = o(β(x)) , x x0 (читается: α(x) есть «о малое» от β(x) при x x0 ).

2. Если lim α(x) = C , где C – число, отличное от нуля, то функции α(x) и

xx0 β(x)

β(x) называются бесконечно малыми одного порядка при x x0 , в частности

если lim

α(x)

=1, то функции α(x) и β(x) называются эквивалентными беско-

xx0

β(x)

 

 

 

нечно малыми при x x0 , что обозначается так: α(x) β(x) , x x0 .

Если lim

α(x) = ∞, то это означает, что

lim

β(x) = 0 . Таким образом, β(x)

 

xx0

β(x)

xx0

α(x)

является бесконечно малой более высокого порядка, чем α(x) при x x 0 ,

т.е. β(x) = o(α(x)) .

При решении многих задач используются следующие эквивалентности, верные при x 0 :

sin x x , tg x x , arcsin x x , arctg x x ;

loga (1 + x) lnxa = xloga e , где a > 0, a 1, в частности ln(1 + x) x ; ax 1 xln a , где a > 0, в частности ex 1 x ;

(1 + x)m 1 mx .

229

Кроме того, имеет место следующий факт: если α(x) α1(x) , β(x) β1(x)

при x x , и существуют пределы lim α(x)β(x) и lim α(x) , то справедливы

 

0

 

 

 

 

xx0

xx0 β(x)

 

 

 

 

 

 

равенства

 

 

 

 

 

 

lim α(x)β(x) = lim α1 (x)β(x) = lim α(x)β1 (x) = lim α1 (x)β1(x) ,

xx0

 

 

xx0

 

xx0

xx0

lim

α(x)

= lim

α1 (x)

= lim

α(x)

= lim

α1 (x) .

β(x)

β1(x)

xx0

xx0

β(x)

xx0

xx0

β1(x)

 

 

 

 

Таким образом, предел произведения или частного двух бесконечно малых функций не изменится, если каждую, или одну из них, заменить эквивалентной бесконечно малой.

Пример 5.14. Сравнить бесконечно малые при x x0 величины α(x) и

β(x) , если

1)α(x) = x3 6x4 +9x2 , β(x) = 5x4 x2 , x0 = 0 ,

2)α(x) = xsin3 x , β(x) = 5x2 sin x , x0 = 0 ;

3)α(x) = (x 1)ln x , β(x) = (x 1)2 , x0 =1;

Решение: 1) Найдем предел отношения

lim

α(x)

= lim

x3

6x4 +9x2

= lim

x 6x2 +9

= 9 . Предел отношения двух дан-

β(x)

 

5x4 x2

5x2 1

xx0

x0

 

x0

 

ных бесконечно малых функций является числом, отличным от нуля, следовательно, α(x) и β(x) есть бесконечно малые одного порядка при x 0 .

 

2) Поступая, как в пункте 1), находим

 

 

 

 

 

lim

α(x)

= lim

xsin3 x

= lim

sin2 x

=

1

lim

sin x

sin x =

1

1

0

= 0 ,следовательно

β(x)

5x2 sin x

5x

 

x

5

xx0

x0

x0

 

5 x0

 

 

 

 

α(x) = o(β(x)) при x 0 .

3)Имеет место цепочка равенств

lim

α(x)

= lim

(x 1)ln x

= lim

ln x

 

= lim ln(1 + (x 1))

=1, откуда следует вывод о

β(x)

(x 1)2

x 1

xx0

x1

x1

x1

x 1

 

том, что α(x) β(x) , при x 1.

230

Пример 5.15. Заменяя бесконечно малые эквивалентными, вычислить пре-

делы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) lim sin 2x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

5x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) lim ln(1 + 6xarcsin x)sin 5x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

(ex 1)tgx2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) lim

ln(x2 )

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение: 1) Поскольку sin 2x 2x , 5x 1 xln 5 при x 0 , справедливы

равенства lim sin 2x = lim

2x

 

=

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xln 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0 5x 1

x0

 

 

 

ln 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Замечая, что 6xarcsin x 0 при x 0 , получим цепочку эквивалентно-

стей: ln(1 + 6xarcsin x) 6xarcsin x 6x2 , а также sin 5x 5x , (ex 1) x ,

tgx

2

x

2

при x

0 , поэтому lim

ln(1 + 6x arcsin x)sin 5x

= lim

6x2 5x

= 30 .

 

 

 

 

 

 

 

(ex 1)tgx2

 

 

 

x x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

3) При x 1 имеем x2 1 0 , поэтому ln x2 = ln(1 + (x2 1)) x2 1, откуда

получаем равенства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

ln(x2 )

= lim

ln(1+ (x2 1))

= lim

 

 

 

x2 1

 

= lim

 

1

 

=

1

.

 

 

x4 1

(x2 1)(x2 +1)

 

2 1)(x2 +1)

 

2 +1

2

 

x1

 

 

 

x1

 

 

x1 (x

 

x1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи для самостоятельного решения

 

 

 

 

 

Сравнить бесконечно малые при x x0

величины α(x)

и β(x) , если

5.119. α(x) = x2 sin2 x , β(x) = xsin3 x ,

 

x = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.120. α(x) = x3 4x ,

β(x) = x + x

4 , x

 

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.121. α(x) = (x 5)2 ,

β(x) = (x 5)3 ,

x = 5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.122. α(x) = sin(x 1)2 , β(x) = arcsin(x 1) ,

x =1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.123. α(x) =1 cos x , β(x) =

x2

 

,

x = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

231

5.124. α(x) = 4x 1, β(x) = 5x 1, x0 = 0 .

Найти пределы, используя эквивалентные бесконечно малые:

5.125. lim tg 6x .

 

 

 

 

 

 

x0

2x

 

 

 

 

 

 

5.127. lim ln(1 + 2x) .

 

 

 

 

 

 

x0

arcsin 3x

 

 

 

 

 

 

5.129. lim

cos x 1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

sin2 2x

 

 

 

 

 

 

5.131. lim

 

tgx sin x

 

.

 

 

 

 

 

x(1 cos 2x)

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

5.133. lim

4 + x 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

3arctg x

 

 

 

 

 

 

5.135. lim ln cos ax .

 

 

 

 

 

 

x0

ln cosbx

 

 

 

 

 

 

5.137. lim

sin(ex1 1)

.

 

 

 

 

 

ln x

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

5.139. lim

(7x 1)(2x 1)

.

 

 

 

(4x 1)(3x 1)

 

 

 

x0

 

 

 

 

5.141. lim

 

arctg2 3xln(1 x3 )

.

 

tg9x(1 cos 2x)(ex

2

1)

x0

 

 

5.143. lim

ln(1 + x 3x2 + 2x3 )

.

 

ln(1 +3x 4x2 + x3 )

 

x1

 

 

5.145. lim 3 8 +3x 2 . x0 4 16 +5x 2

5.147. lim ln(2 cos 2x) . x0 ln2 (sin 3x +1)

1

5.149. lim(cos 2x) x2 .

x0

5.126.

5.128.

5.130.

5.132.

5.134.

5.136.

5.138.

5.140.

5.142.

5.144.

5.146.

5.148.

5.150.

lim

 

xarcsin 3x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

5sin2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

x + 4 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

sin 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

1 cos3 x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

x(1 tgx)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xπ

 

 

cos 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

ln cos x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(1 + x2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

1 + x2

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

1 +sin 3x 1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

ln(1 + tg 2x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim arctg(x 2) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

x2 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

sin 3

x ln(1 +3x)

 

 

.

 

 

 

(arctg

x)2

(e5

3

x

1)

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

5 (1 + x)3 1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0 (1 + x) 3 (1 + x)2 1

 

lim

 

 

1 + x + x2

1

.

 

 

 

 

 

 

 

sin 4x

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

ln(1 + 2x 3x2 + 4x3 )

.

 

 

ln(1 x + 2x2

7x3 )

x0

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim(cos x) x .

x0

232