Rezolvare exemple lim. Prima limită minunată
Tema 4.6 Calculul limitelor
Limita unei funcții nu depinde dacă este definită în punctul limită sau nu. Dar în practica calculării limitelor funcțiilor elementare, această circumstanță are o importanță semnificativă.
1. Dacă funcția este elementară și dacă valoarea limită a argumentului aparține domeniului său de definiție, atunci calcularea limitei funcției se reduce la o simplă înlocuire a valorii limită a argumentului, deoarece limita funcţiei elementare f (x) at x străduindu-se pentruO , care este inclusă în domeniul definiției, este egală cu valoarea parțială a funcției la x = O, adică lim f(x)=f( o) .
2. Dacă x tinde spre infinit sau argumentul tinde către un număr care nu aparține domeniului de definire a funcției, atunci în fiecare astfel de caz, găsirea limitei funcției necesită cercetări speciale.
Mai jos sunt cele mai simple limite bazate pe proprietățile limitelor care pot fi folosite ca formule:
Mai mult cazuri complexe determinarea limitei unei functii:
fiecare este considerat separat.
Această secțiune va sublinia principalele modalități de a dezvălui incertitudinile.
1. Cazul când x străduindu-se pentruO funcția f(x) reprezintă raportul a două mărimi infinitezimale
a) Mai întâi trebuie să vă asigurați că limita funcției nu poate fi găsită prin substituție directă și, cu modificarea indicată a argumentului, aceasta reprezintă raportul a două mărimi infinitezimale. Se fac transformări pentru a reduce fracția cu un factor care tinde spre 0. Conform definiției limitei unei funcții, argumentul x tinde spre valoarea sa limită, fără a coincide niciodată cu aceasta.
În general, dacă căutăm limita unei funcții la x străduindu-se pentruO , atunci trebuie să vă amintiți că x nu ia o valoare O, adică x nu este egal cu a.
b) Se aplică teorema lui Bezout. Dacă căutați limita unei fracții al cărei numărător și numitor sunt polinoame care dispar în punctul limită x = O, atunci conform teoremei de mai sus ambele polinoame sunt divizibile cu x- O.
c) Iraționalitatea la numărător sau numitor se distruge prin înmulțirea numărătorului sau numitorului cu conjugatul la expresia irațională, apoi după simplificare se reduce fracția.
d) Se utilizează prima limită remarcabilă (4.1).
e) Se utilizează teorema privind echivalența infinitezimalelor și următoarele principii:
2. Cazul când x străduindu-se pentruO funcția f(x) reprezintă raportul a două cantități infinit de mari
a) Împărțirea numărătorului și numitorului unei fracții la cel mai înalt grad necunoscut.
b) În general, puteți folosi regula
3. Cazul când x străduindu-se pentruO funcţia f (x) reprezintă produsul dintre o mărime infinitezimală şi una infinit mare
Fracția este transformată într-o formă al cărei numărător și numitor tind simultan spre 0 sau spre infinit, i.e. cazul 3 se reduce la cazul 1 sau cazul 2.
4. Cazul când x străduindu-se pentruO funcția f (x) reprezintă diferența a două cantități pozitive infinit de mari
Acest caz este redus la tipul 1 sau 2 în unul dintre următoarele moduri:
a) aducerea fracțiilor la un numitor comun;
b) transformarea unei funcţii într-o fracţie;
c) scăparea de iraţionalitate.
5. Cazul când x străduindu-se pentruO funcția f(x) reprezintă o putere a cărei bază tinde spre 1 și exponent spre infinit.
Funcția este transformată în așa fel încât să folosească a 2-a limită remarcabilă (4.2).
Exemplu. Găsi .
Deoarece x tinde spre 3, atunci numărătorul fracției tinde către numărul 3 2 +3 *3+4=22, iar numitorul tinde către numărul 3+8=11. Prin urmare,
Exemplu
Aici numărătorul și numitorul fracției sunt x tinde spre 2 tind la 0 (incertitudine de tip), factorizăm numărătorul și numitorul, obținem lim(x-2)(x+2)/(x-2)(x-5)
Exemplu
Înmulțind numărătorul și numitorul cu expresia conjugată la numărător, avem
Deschizând parantezele în numărător, obținem
Exemplu
Nivelul 2. Exemplu. Să dăm un exemplu de aplicare a conceptului de limită a unei funcții în calculele economice. Să luăm în considerare o tranzacție financiară obișnuită: împrumutul unei sume S 0 cu condiţia ca după o perioadă de timp T suma va fi rambursată S T. Să stabilim valoarea r creștere relativă formula
r=(S T -S 0)/S 0 (1)
Creșterea relativă poate fi exprimată ca procent prin înmulțirea valorii rezultate r cu 100.
Din formula (1) este ușor de determinat valoarea S T:
S T= S 0 (1 + r)
La calcularea creditelor pe termen lung care acoperă mai multe ani plini, utilizați schema dobânzii compuse. Constă în faptul că dacă pentru anul 1 suma S 0 crește la (1 + r) ori, apoi pentru al doilea an în (1 + r) ori creșterea sumei S 1 = S 0 (1 + r), adică S 2 = S 0 (1 + r) 2 . Se dovedește la fel S 3 = S 0 (1 + r) 3 . Din exemplele de mai sus, putem deriva o formulă generală pentru calcularea creșterii sumei pentru n ani atunci când se calculează folosind schema dobânzii compuse:
S n= S 0 (1 + r) n.
În calculele financiare, se folosesc scheme în care dobânda compusă este calculată de mai multe ori pe an. În acest caz este stipulat rata anuală rŞi numărul de angajamente pe an k. De regulă, angajamentele se fac la intervale egale, adică pe lungimea fiecărui interval Tk face parte din an. Apoi pentru perioada în T ani (aici T nu neapărat un număr întreg). S T calculate prin formula
(2)
Unde - întreaga parte număr, care coincide cu numărul însuși, dacă, de exemplu, T? întreg.
Fie rata anuală r si este produs n angajamente pe an la intervale regulate. Apoi pentru anul suma S 0 este crescut la o valoare determinată de formulă
(3)
În analiză teoretică și practică activitati financiare Conceptul de „dobândă acumulată în mod continuu” este adesea folosit. Pentru a trece la dobânda acumulată în mod continuu, trebuie să creșteți la nesfârșit în formulele (2) și respectiv (3), numerele kŞi n(adică a direcționa kŞi n la infinit) şi calculaţi până la ce limită vor tinde funcţiile S TŞi S 1. Să aplicăm această procedură la formula (3):
Rețineți că limita dintre paranteze coincide cu a doua limită remarcabilă. Rezultă că la un ritm anual r cu dobânda acumulată continuu, suma S 0 în 1 an crește la valoare S 1 *, care se determină din formulă
S 1 * = S 0 e r (4)
Lasă acum suma S 0 este oferit ca împrumut cu dobândă acumulată n o dată pe an la intervale regulate. Să notăm r e rata anuală la care la sfârşitul anului suma S 0 este mărit la valoarea S 1 * din formula (4). În acest caz vom spune că r e- Asta rata anuală a dobânzii n o dată pe an, echivalent cu dobânda anuală r cu acumulare continuă. Din formula (3) obținem
S* 1 =S 0 (1+r e /n) n
Echivalarea părților din dreapta ale ultimei formule și formulei (4), presupunând în cea din urmă T= 1, putem deriva relații între cantități rŞi r e:
Aceste formule sunt utilizate pe scară largă în calculele financiare.
Limita functiei- număr o va fi limita unei marimi variabile daca, in procesul schimbarii ei, aceasta marime variabila se apropie la nesfarsit o.
Sau cu alte cuvinte, numărul O este limita funcției y = f(x) la punct x 0, dacă pentru orice succesiune de puncte din domeniul de definire a funcției , nu este egală x 0, și care converge spre punct x 0 (lim x n = x0), succesiunea valorilor funcției corespunzătoare converge către număr O.
Graficul unei funcții a cărei limită, având în vedere un argument care tinde spre infinit, este egală cu L:
Sens O este limita (valoarea limită) a funcției f(x) la punct x 0în cazul oricărei succesiuni de puncte , care converge spre x 0, dar care nu conține x 0 ca unul dintre elementele sale (adică în vecinătatea perforată x 0), succesiune de valori ale funcției converge spre O.
Limita unei funcții Cauchy.
Sens O va fi limita functiei f(x) la punct x 0 dacă pentru orice număr nenegativ luat în avans ε se va găsi numărul nenegativ corespunzător δ = δ(ε) astfel încât pentru fiecare argument x, îndeplinind condiția 0 < | x - x0 | < δ , inegalitatea va fi satisfăcută | f(x)A |< ε .
Va fi foarte simplu dacă înțelegeți esența limitei și regulile de bază pentru găsirea acesteia. Care este limita funcției f (x) la x străduindu-se pentru o egală O, este scris astfel:
Mai mult, valoarea la care tinde variabila x, poate fi nu numai un număr, ci și infinit (∞), uneori +∞ sau -∞, sau poate să nu existe nicio limită.
Pentru a înțelege cum afla limitele unei functii, cel mai bine este să te uiți la exemple de soluții.
Este necesar să găsiți limitele funcției f (x) = 1/x la:
x→ 2, x→ 0, x→ ∞.
Să găsim o soluție la prima limită. Pentru a face acest lucru, puteți pur și simplu să înlocuiți x numărul la care tinde, adică 2, obținem:
Să găsim a doua limită a funcției. Aici înlocuiți în schimb 0 pur x este imposibil, pentru că Nu poți împărți la 0. Dar putem lua valori apropiate de zero, de exemplu, 0,01; 0,001; 0,0001; 0,00001 și așa mai departe și valoarea funcției f (x) va crește: 100; 1000; 10000; 100.000 și așa mai departe. Astfel, se poate înțelege că atunci când x→ 0 valoarea funcției care se află sub semnul limită va crește fără limită, i.e. străduiește-te spre infinit. Ceea ce înseamnă:
În ceea ce privește a treia limită. Aceeași situație ca și în cazul precedent, este imposibil de înlocuit ∞ în forma sa cea mai pură. Trebuie să luăm în considerare cazul creșterii nelimitate x. Inlocuim 1000 unul cate unul; 10000; 100000 și așa mai departe, avem că valoarea funcției f (x) = 1/x va scadea: 0,001; 0,0001; 0,00001; și așa mai departe, tinzând spre zero. De aceea:
Este necesar să se calculeze limita funcției
Începând să rezolvăm al doilea exemplu, vedem incertitudine. De aici găsim cel mai înalt grad al numărătorului și numitorului - acesta este x 3, îl scoatem din paranteze în numărător și numitor și apoi îl reducem cu:
Răspuns
Primul pas în găsirea acestei limite, înlocuiți valoarea 1 x, rezultând incertitudine. Pentru a o rezolva, să factorizăm numărătorul și să facem acest lucru folosind metoda de a găsi rădăcinile unei ecuații pătratice x 2 + 2x - 3:
D = 2 2 - 4*1*(-3) = 4 +12 = 16→ √ D=√16 = 4
x 1,2 = (-2±4)/2→ x 1 = -3;x 2= 1.
Deci numărătorul va fi:
Răspuns
Aceasta este definiția valorii sale specifice sau a unei anumite zone în care se încadrează funcția, care este limitată de limită.
Pentru a rezolva limitele, urmați regulile:
După ce am înțeles esența și principalul reguli pentru rezolvarea limitei, vei primi concept de bază despre cum să le rezolvi.
Concepte de limite ale secvențelor și funcțiilor. Când este necesar să se găsească limita unei secvențe, se scrie astfel: lim xn=a. Într-o astfel de succesiune de secvențe, xn tinde spre a și n tinde spre infinit. Secvența este de obicei reprezentată ca o serie, de exemplu:
x1, x2, x3...,xm,...,xn... .
Secvențele sunt împărțite în crescătoare și descrescătoare. De exemplu:
xn=n^2 - succesiune crescătoare
yn=1/n - succesiune
Deci, de exemplu, limita șirului xn=1/n^ :
lim 1/n^2=0
x→∞
Această limită este egală cu zero, deoarece n→∞, iar succesiunea 1/n^2 tinde spre zero.
De obicei, o cantitate variabilă x tinde spre o limită finită a, iar x se apropie constant de a, iar mărimea a este constantă. Aceasta este scrisă după cum urmează: limx =a, în timp ce n poate tinde, de asemenea, fie spre zero, fie spre infinit. Există infinite funcții, pentru care limita tinde spre infinit. În alte cazuri, când, de exemplu, funcția încetinește un tren, este posibil ca limita să tinde spre zero.
Limitele au o serie de proprietăți. De obicei, orice funcție are o singură limită. Aceasta este proprietatea principală a limitei. Altele sunt enumerate mai jos:
* Limita sumei este egală cu suma limitelor:
lim(x+y)=lim x+lim y
* Limita produsului este egală cu produsul limitelor:
lim(xy)=lim x*lim y
* Limita coeficientului este egală cu câtul limitelor:
lim(x/y)=lim x/lim y
* Factorul constant este luat în afara semnului limită:
lim(Cx)=C lim x
Având în vedere o funcție 1 /x în care x →∞, limita sa este zero. Dacă x→0, limita unei astfel de funcții este ∞.
Pentru funcțiile trigonometrice există câteva dintre aceste reguli. Deoarece funcţia păcatului x tinde întotdeauna spre unitate când se apropie de zero, identitatea este valabilă pentru el:
lim sin x/x=1
Într-o serie de funcții există funcții, atunci când se calculează limitele cărora apare incertitudinea - o situație în care limita nu poate fi calculată. Singura cale de ieșire din această situație este L'Hopital. Există două tipuri de incertitudini:
* incertitudinea formei 0/0
* incertitudinea formei ∞/∞
De exemplu, având în vedere limita următorul tip: lim f(x)/l(x) și f(x0)=l(x0)=0. În acest caz, apare o incertitudine de forma 0/0. Pentru a rezolva o astfel de problemă se diferențiază ambele funcții, după care se găsește limita rezultatului. Pentru incertitudinile de tip 0/0, limita este:
lim f(x)/l(x)=lim f"(x)/l"(x) (la x→0)
Aceeași regulă este valabilă și pentru incertitudinile de tip ∞/∞. Dar în acest caz următoarea egalitate este adevărată: f(x)=l(x)=∞
Folosind regula lui L'Hopital, puteți găsi valorile oricăror limite în care apar incertitudini. Condiție obligatorie la
volum - fără erori la găsirea derivatelor. Deci, de exemplu, derivata funcției (x^2)" este egală cu 2x. De aici putem concluziona că:
f"(x)=nx^(n-1)
Teoria limitelor- una dintre secțiunile analizei matematice pe care unii o pot stăpâni, în timp ce alții au dificultăți în calcularea limitelor. Întrebarea găsirii limitelor este destul de generală, deoarece există zeci de tehnici limite de soluție diverse tipuri. Aceleași limite pot fi găsite atât folosind regula lui L'Hopital, cât și fără ea. Se întâmplă ca programarea unei serii de funcții infinitezimale vă permite să obțineți rapid rezultatul dorit. Există un set de tehnici și trucuri care vă permit să găsiți limita unei funcții de orice complexitate. În acest articol vom încerca să înțelegem principalele tipuri de limite care sunt cel mai des întâlnite în practică. Nu vom da aici teoria și definiția limitei, există multe resurse pe Internet unde se discută acest lucru. Prin urmare, să trecem la calcule practice, de aici „Nu știu, nu pot!
Calcularea limitelor folosind metoda substituției
Exemplul 1. Găsiți limita unei funcții
Lim((x^2-3*x)/(2*x+5),x=3).
Rezolvare: Exemple de acest fel pot fi calculate teoretic folosind substituția obișnuită
Limita este 18/11.
Nu este nimic complicat sau înțelept în legătură cu astfel de limite - am înlocuit valoarea, am calculat-o și am notat limita ca răspuns. Cu toate acestea, pe baza unor astfel de limite, toată lumea este învățată că în primul rând trebuie să înlocuiască valoarea în funcție. În plus, limitele devin mai complicate, introducând conceptul de infinit, incertitudine și altele asemenea.
O limită cu incertitudine ca infinitul împărțit la infinit. Metode pentru dezvăluirea incertitudinii
Exemplul 2. Găsiți limita unei funcții
Lim((x^2+2x)/(4x^2+3x-4),x=infinit).
Rezolvare: este dată o limită a formei polinom împărțită la un polinom, iar variabila tinde spre infinit
Pur și simplu înlocuirea valorii la care ar trebui găsită variabila pentru a găsi limitele nu va ajuta, obținem o incertitudine de forma infinit împărțită la infinit.
Conform teoriei limitelor, algoritmul de calcul al limitei este de a găsi cea mai mare putere a lui „x” în numărător sau numitor. În continuare, numărătorul și numitorul sunt simplificați la acesta și se găsește limita funcției
Deoarece valoarea tinde spre zero atunci când variabila se apropie de infinit, acestea sunt neglijate sau sunt scrise în expresia finală sub formă de zerouri
Imediat din practică, puteți obține două concluzii care sunt un indiciu în calcule. Dacă o variabilă tinde spre infinit și gradul numărătorului este mai mare decât gradul numitorului, atunci limita este egală cu infinitul. În caz contrar, dacă polinomul din numitor este de ordin mai mare decât în numărător, limita este zero.
Limita poate fi scrisă în formule ca aceasta:
Dacă avem o funcție de forma unui câmp obișnuit fără fracții, atunci limita sa este egală cu infinitul
Următorul tip de limite se referă la comportamentul funcțiilor aproape de zero.
Exemplul 3. Găsiți limita unei funcții
Lim((x^2+3x-5)/(x^2+x+2), x=0).
Soluție: Nu este nevoie să eliminați aici factorul conducător al polinomului. Exact invers, trebuie să găsiți cea mai mică putere a numărătorului și numitorului și să calculați limita
Valoarea x^2; x tind spre zero atunci când variabila tinde spre zero. Prin urmare, ele sunt neglijate, deci obținem
că limita este 2,5.
Acum știi cum se găsește limita unei funcții din formă, împărțiți un polinom la un polinom dacă variabila tinde spre infinit sau 0. Dar aceasta este doar o mică și ușoară parte a exemplelor. Din următorul material vei invata cum să descoperiți incertitudinile în limitele unei funcții.
Limită cu incertitudine de tip 0/0 și metode de calcul a acesteia
Toată lumea își amintește imediat regula că nu poți împărți la zero. Totuși, teoria limitelor în acest context implică funcții infinitezimale.
Să ne uităm la câteva exemple pentru claritate.
Exemplul 4. Găsiți limita unei funcții
Lim((3x^2+10x+7)/(x+1), x=-1).
Rezolvare: Când înlocuim valoarea variabilei x = -1 în numitor, obținem zero și obținem același lucru la numărător. Deci avem incertitudinea formei 0/0.
Abordarea unei astfel de incertitudini este simplă: trebuie să factorizați polinomul sau, mai degrabă, să selectați factorul care transformă funcția în zero.
După extindere, limita funcției poate fi scrisă ca
Aceasta este întreaga metodă de calcul a limitei unei funcții. Facem același lucru dacă există o limită a formei polinom împărțit la un polinom.
Exemplul 5. Găsiți limita unei funcții
Lim((2x^2-7x+6)/(3x^2-x-10), x=2).
Soluție: Substituirea directă arată
2*4-7*2+6=0;
3*4-2-10=0
ce avem incertitudine de tip 0/0.
Să împărțim polinoamele la factorul care introduce singularitatea
Există profesori care învață că polinoamele de ordinul 2, adică de tipul „ecuații pătratice”, trebuie rezolvate prin discriminant. Dar practica reală arată că acest lucru este mai lung și mai confuz, așa că scăpați de caracteristicile în limitele conform algoritmului specificat. Astfel, scriem funcția sub formă de factori simpli și o calculăm în limită
După cum puteți vedea, nu este nimic complicat în calcularea unor astfel de limite. Până când studiezi limitele, știi să împarți polinoamele, cel puțin conform programului pe care ar fi trebuit să-l fi trecut deja.
Printre sarcinile pe incertitudine de tip 0/0 Există unele în care trebuie să utilizați formule de înmulțire abreviate. Dar dacă nu le cunoașteți, atunci împărțind un polinom la un monom puteți obține formula dorită.
Exemplul 6. Găsiți limita unei funcții
Lim((x^2-9)/(x-3), x=3).
Rezolvare: Avem o incertitudine de tip 0/0. La numărător folosim formula de înmulțire prescurtată
și calculați limita necesară
Metodă de dezvăluire a incertitudinii prin înmulțirea cu conjugatul său
Metoda se aplică la limitele în care incertitudinea este generată de funcțiile iraționale. Numătorul sau numitorul se transformă în zero în punctul de calcul și nu se știe cum să se găsească granița.
Exemplul 7. Găsiți limita unei funcții
Lim((sqrt(x+2)-sqrt(7x-10))/(3x-6), x=2).
Soluţie: Să reprezentăm variabila în formula limită
La substituire, obținem o incertitudine de tip 0/0.
Conform teoriei limitelor, modalitatea de a ocoli această caracteristică este de a multiplica expresia irațională cu conjugatul ei. Pentru a vă asigura că expresia nu se schimbă, numitorul trebuie împărțit la aceeași valoare
Folosind regula diferenței de pătrate, simplificăm numărătorul și calculăm limita funcției
Simplificam termenii care creeaza singularitatea in limita si efectuam substitutia
Exemplul 8. Găsiți limita unei funcții
Lim((sqrt(x-2)-sqrt(2x-5))/(3-x), x=3).
Rezolvare: Substituția directă arată că limita are o singularitate de forma 0/0.
Pentru a extinde, înmulțim și împărțim la conjugatul numărătorului
Notăm diferența de pătrate
Simplificam termenii care introduc singularitatea si gasim limita functiei
Exemplul 9. Găsiți limita unei funcții
Lim((x^2+x-6)/(sqrt(3x-2)-2), x=2).
Soluție: Înlocuiți două în formulă
Primim incertitudine 0/0.
Numitorul trebuie înmulțit cu expresia conjugată, iar numărătorul trebuie rezolvat ecuație pătratică sau factorizați, ținând cont de singularitate. Deoarece se știe că 2 este o rădăcină, găsim a doua rădăcină folosind teorema lui Vieta
Astfel, scriem numeratorul sub forma
și înlocuiți-l în limită
Prin reducerea diferenței de pătrate, scăpăm de singularitățile din numărător și numitor
În acest fel, puteți scăpa de singularități în multe exemple, iar aplicația trebuie remarcată oriunde o anumită diferență de rădăcini se transformă în zero în timpul înlocuirii. Alte tipuri de limite se referă funcții exponențiale, funcții infinitezimale, logaritmi, limite speciale și alte tehnici. Dar puteți citi despre acest lucru în articolele enumerate mai jos despre limite.