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

metodichkaFTUG_chast2

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
1.82 Mб
Скачать

Пример 2. Вычислить предел функции, используя соответствующий замечательный предел:

1)

 

x2

3

x2 6

 

lim

 

 

 

 

 

 

;

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

x x

 

 

 

3)

lim

ln(1

sin x)

;

 

 

 

 

 

 

 

x 0 1 3 1 2x

 

 

 

 

 

arcsin x2

 

4x 4

5)

lim

 

 

 

 

 

 

;

 

x2

 

 

 

x 2

 

4

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

lim(x ex )5x ;

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

4)

lim (sin 3x)cos2 3x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 6

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

 

1

 

lim x arctg

 

.

 

 

 

 

x

x

Решение. 1) Воспользуемся первой формулой из (5.12):

 

 

 

 

 

x2

3

x2 6

 

 

 

 

 

x2

 

1 1 3

x2 6

 

 

 

 

 

 

 

4 x2 6

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim 1

 

 

 

 

 

.

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x

1

 

x x

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данном случае u(x)

x2 1

и u(x)

 

,

если x ,

значит

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x2 1

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

( x

 

6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

x2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

1

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

2

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

4 x

 

 

 

 

 

 

4 x

2

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

x2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e x

x

 

e

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2)Непосредственная подстановка в функцию значения х = 0 дает неопределенность вида 1 для раскрытия которой воспользуемся второй

формулой из (5.12), а затем второй формулой из (5.14). Для этого преобразуем выражение под знаком предела:x x 1

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2( x ex 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim(1 (x ex 1))( x ex 1)5x

 

lim(x ex )5x

lim(x ex

1 1)5x

 

x 0

 

 

x 0

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2( x ex 1)

 

 

2

lim (1

ex 1

)

2

 

2

4

 

 

lim(1 (x ex 1)) x ex 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x

e5 x 0

x

e5

 

 

e5 .

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) При

x 0 получаем

 

неопределенность вида

 

0

, для раскрытия

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которой сначала упростим выражение, а затем применим формулы (5.7),

60

(5.13), (5.15):

 

 

 

 

 

lim

ln(1

sin x)

 

1

lim

 

 

 

x 0 1 3 1 2x

2 x 0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

sin x

 

ln(1 ( sin x))

 

1 2x

 

 

1

 

 

:

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

2x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

lim

sin x

lim

ln(1 ( sin x))

: lim

(1 2x)3 1

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x 0

x

x 0

 

 

x 0

 

 

2x

 

 

 

 

1

1 1:

1

 

1

3

3

.

 

 

x 0 2x 0

 

 

x 0 ( sin x) 0

 

 

 

 

 

 

2

 

3

2

2

 

 

 

Этот пример можно решить, заменяя функции на эквивалентные бесконечно малые. Используем формулы (5.21), (5.23), (5.16) таблицы

эквивалентных функций.

 

 

При этом выполняются условия 2x 0,

sin x 0, если

x 0,

которые являются обязательными для перехода к эквивалентным функциям. Тогда

lim

ln 1 sin x

 

lim

sin x

lim

3x

 

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

1

 

x 0

 

1

 

2x

x 0 2x 2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2x

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) Имеем неопределенность вида 1 . Сделаем замену переменной.

Пусть y x

 

,

тогда

x

 

y. При x

новая переменная y 0.

 

 

6

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

При этом 3x

 

3y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 3y,

 

 

 

 

 

3y

 

sin 3x sin

 

3y

а cos 3x cos

 

 

sin 3y.

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Подставив полученные выражения в формулу, получим:

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim (1 cos 3y 1)sin2 3 y

 

lim sin 3x

 

lim cos 3y

 

 

 

cos2 3x

sin2 3 y

 

 

 

 

 

 

 

 

y 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2sin

 

 

y

 

4

 

 

 

2

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

8 lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 3

 

2 3

 

 

 

 

 

sin2 3 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

y 0

 

3 y

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

1

 

 

2sin

 

 

y

2sin

 

2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заметим, что этот пример также можно было решать без замены переменной.

5) Преобразуем выражение, стоящее под знаком предела, и используем

61

формулу (5.18):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

arcsin x2 4x 4

 

lim

arcsin x 2 2

 

 

 

 

 

 

 

x2 4

 

 

x 2 x 2

 

 

x 2

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

1

 

 

arcsin x 2 2

 

 

 

 

 

1

 

x 2 2

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

x

 

 

 

4 x 2

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

4 x 2

 

2

 

 

Использование

формулы

 

 

(5.18)

было

обосновано

тем, что

u x x 2 0,

если x 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) Замечаем, что непосредственное вычисление предела приводит к

неопределенности вида 0 . Вместе с тем,

1

0, если

x ,

а поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

можем использовать формулу (5.19). Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

x arctg

 

 

lim x

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для решения в аудитории

I уровень

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.

Проверьте,

являются

ли функции x и

x являются

эквивалентными бесконечно малыми при x 0:

 

1) x 2x3 3x5 , x x2 ;

2)

x

7x10

 

, x x5 ;

x3 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x3

 

1

 

 

 

 

 

 

3) x

, x x

2

;

4) x sin2 2x, (x) x.

 

 

1 x2

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.

Вычислите

предел

функции,

используя

замечательные

пределы или заменяя на эквивалентные бесконечно малые функции:

1)

lim

tg 2x

;

 

2)

lim

log2 1 2x

;

3)

lim

arcsin(x2 x)

 

;

 

 

 

 

3x

 

 

 

 

x2 x

 

x 0 sin3x

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

4)

lim

(2x 1)3 1

;

5)

lim

5x

22 x

;

 

 

6)

lim

 

 

ln(a x) ln a

;

 

2x

2x x3

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x 0

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

7)

lim

 

x tg 3x ctg2 2x

 

; 8) lim

xtg3x

;

9)

lim

 

arcsin 4x 2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

x 0 1 cos2 5x

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1 5x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62

 

 

 

 

5

 

1

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

e

sin 2 x

e

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

lim

 

 

 

 

 

 

 

; 11) lim

 

 

 

 

 

 

 

3x

 

 

 

6x

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13)

lim

1 cos 4x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

2x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Вычислите предел функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 x

 

 

 

 

 

7x 3

5x 2

 

1) lim 1 5x 3x2

;

 

 

2)

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

4

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 7x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

3x 4 x

 

 

 

 

x2

 

4 2

 

2

 

4)

lim

 

 

 

 

 

 

;

 

 

5)

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

x 5x 2

 

 

 

 

 

x

2

2x

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

; 12) lim sin x cos x ; x cos 2x

4

4x 3 5x

3) lim ;

x 2x 1

x2 4

6) lim 1 3x 2x ;

x

1

7) lim x2 x 1 x ; 8)

x 0

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

lim 1 sin x

 

;9)

lim 1

ctg

x .

sin 2x

x 0

x 0

 

2

 

II уровень

2.1. 1) Пользуясь определением предела функции по Коши, докажите, что функция y f (x) является бесконечно малой в

окрестности точки х

: 1)

y

x2

4x 3

, x

1;

2)

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

x 3

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

, x

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Пользуясь определением предела функции по Коши, докажите,

что функция y g(x)

является бесконечно большой в окрестности

точки х0: 1) y

1

3,

x 0;

2) y

5

, x 2.

 

 

 

x2

0

 

x 2

0

 

 

 

 

2.2. Вычислите предел функции, используя замечательные пределы или заменяя на эквивалентные бесконечно малые функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

8

tg 3x

 

x x

 

 

 

ln 1 x

2

 

tg 4x

 

 

 

sin

 

1

 

 

 

 

 

 

3

 

1) lim

 

 

;

2) lim

 

 

 

3

 

 

 

 

 

;

3) lim

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

1 xsin x 1

 

x 0 3

1 x3

2x2

1

x 0 ex e 3x

 

63

 

lim

 

 

 

1 ln 1 tg

2 x ; 5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

1 x x2

 

lim x2

 

ln

 

3x2

1 ln

 

3x2

2

 

;

 

x 0

 

 

 

sin 5x3

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

lim

 

2x 1

ln

 

 

5x 1

ln

 

5x 2

 

. 7)

 

lim

 

 

5 1 x 3 1

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

1

 

 

 

3

1

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arcsin

x

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) lim

 

3

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x3

x 0 arctg3x x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

lim

 

3 8 3x 2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 16 5x

 

 

 

 

 

x 0

2

 

 

 

 

 

 

 

ex3 1

3x 8 2 x

12)

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

x

0 x2

 

 

 

 

 

14)

lim

2x sin x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

2.3. Вычислите пределы замену переменной:

 

ln 1 2x 3x2

4x3

 

 

9) lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7x3 )

x 0 ln(1 x 2x2

 

 

 

 

(e2 x x3

1)arctg

2x

 

 

11) lim

2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

1

x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13) lim

cos5x cos7x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

ex

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15) lim

tg

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

функций,

сделав

 

соответствующую

1)

lim

 

ln cos 2 x

;

 

2)

lim

 

x2

4

;

 

3) lim

x2

25

;

 

 

x 1

 

(2tg x 1)2

 

 

 

x 2 ex

e2

 

 

x 5 ln

6 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) lim cos 4 x sin x ;

4)

lim cos x

 

;

 

 

5)

lim

sin x tg 2 3x ;

x

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2 cos x

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

lim

 

 

 

 

;

8)

lim3

 

 

 

 

x tg x;

 

 

 

 

 

 

 

 

tg2 2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

1 2

 

 

 

 

 

 

x

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для самостоятельного решения

Вычислите пределы функций, заменяя бесконечно малые эксивалентными:

64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1 sin 3x 1

 

 

 

 

 

 

1 x2 1

 

 

 

 

 

lim

e2 x

ex

;

1) lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

2)

lim

 

 

 

 

 

;

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 2x

 

 

 

x

 

 

x tgx2

x 0

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

4) lim

 

 

 

 

 

 

1 ln 1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2 x

 

 

 

 

1 2x

;

5) lim

 

sin 2x arсtg 7x

;

6) lim

;

 

 

 

tg 2x2

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

 

 

 

 

x 0

tg 5x arcsin 3x

 

 

 

x 1

 

x3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52 x 23x

 

 

 

 

 

cos x cos3x

 

 

 

 

 

 

 

e x e3

 

 

7) lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

8)

lim

 

 

 

 

 

 

;

 

9)

lim

 

 

 

 

 

;

x 0 arctg 2x 7 x

 

 

 

x 0

 

 

sin2 3x

 

 

 

 

 

x 3 9

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11) lim

sin x sin x cos2 x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

lim

sin 2x cos 2x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 3x

6 x

 

 

 

 

 

 

 

x 7 x2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12)

lim

 

 

 

 

;

 

 

 

 

13) lim

 

 

 

 

;

 

14)

 

 

 

 

 

 

 

 

x

4 3x

 

 

 

 

 

 

 

 

x

3x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3. Односторонние пределы. Непрерывность функции. Классификация точек разрыва

Левой

(правой)

окрестностью

точки

х0

O x0 0 , O x0 0

называется интервал x0 , x0 x0, x0

.

Число А называется пределом слева (справа) функции f(x) в

точке х0, если функция f(x) определена в некоторой левой (правой)

окрестности

точки

x0

и

если для

любого

0 существует

0

такое,

что

 

для всех

x O x0

0 x O x0 0

выполняется неравенство

 

f x A

 

. В этом случае пишут:

 

 

А lim

 

 

 

 

 

 

 

f x A lim

f x .

 

 

x x0 0

 

x x0 0

 

 

 

Пределы слева и справа называются односторонними

пределами.

Если x0 0, то односторонние пределы обозначают

lim f x ,

lim f x .

x 0

x 0

Функция f(x) имеет предел в точке x0 тогда и только тогда, когда

65

вэтой точке существуют оба односторонних предела, равных между собой.

Вэтом случае их общее значение является пределом функции f(x)

вточке x0 :

lim f x

lim f x

lim f x .

 

x x0

x x0

0

x x0 0

 

Пример 1. Найти односторонние пределы функции f(x) в точке х0:

 

 

1

 

 

sin x, x 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) f x е x 2 ,

x0 2;

2) f x (x 1)2 , x 0;

x0 0.

Решение. 1) Вычислим пределы функции в точке x0 2 слева и справа,

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е. lim

е x 2 и

lim

e x 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 0

 

 

x 2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

Если x 2 0, то

x 2 0, значит

 

.

 

lim

e x 2

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

x 2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

Если x 2 0, то

x 2 0, значит

 

 

.

 

lim

e x 2

.

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 0

 

 

 

2) При x 0 функция задана формулой

f x sin x. Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

lim f x limsin x 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При x 0 функция задана формулой

f x x 1 2 т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim f x lim x 1 2 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

x 0

 

 

 

 

 

Значит

 

lim f x lim (x 1)2 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. С помощью односторонних пределов показать, что функция

f x

 

x

 

 

не имеет предела в точке

x0 0.

 

 

 

 

 

x x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. При x 0 имеем

x

 

x

и функция принимает вид:

f x

 

x

 

 

x

 

 

1

.

 

 

 

 

x x2

x 1 x

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому

 

lim

f x lim

1

 

 

 

1

 

1.

 

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

x 0

1

0

 

66

 

 

 

 

 

f x

 

x

 

 

1

.

При x 0 имеем

x

x и функцию

 

 

x 1 x

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

1

x

 

 

f x

 

 

 

Поэтому

lim

lim

 

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

x 0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

Получим,

что

оба

односторонних

предела

функции

в точке x0 0

x

существуют, однако они различны, поэтому lim не существует.

x 0 x x2

Функция f(x) называется непрерывной в точке x0 , если предел функции и ее значение в этой точке равны:

 

 

lim f x f x0 .

(5.24)

 

 

x x0

 

Из этого определения следует:

 

1.

Функция f(x) определена в точке

x0 и некоторой ее

 

окрестности;

 

 

 

односторонние пределы (конечные) такие, что

 

2.

lim f x

lim

f x f x0 .

(5.25)

 

x x0 0

x x0 0

 

Если функция y f

x

непрерывна в каждой точке некоторого

промежутка, то говорят, что функция непрерывна на этом промежутке.

Функция f(x) называется непрерывной в точке, если бесконечно малому приращению аргумента соответствует бесконечно малое

приращение функции в этой точке:

 

lim f x0 0.

(5.26)

x 0

 

Свойства непрерывных функций

1. Произведение, сумма конечного количества непрерывных функций есть функция непрерывная.

2. Частное двух непрерывных функций есть функция непрерывная, если знаменатель в рассматриваемой точке не обращается в нуль.

3. Если функция u x непрерывна в точке х0 и принимает в этой точке значение u0 x0 , а функция f(u) непрерывна в точке u0 ,

то сложная функция f x в точке х0 непрерывна.

67

4. Всякая элементарная функция непрерывна в каждой точке, в которой она определена.

5. Если непрерывная на некотором отрезке функция f(x) принимает на его концах значения разных знаков, то на этом отрезке

найдется хотя бы одна точка, в которой функция f x 0.

6. Функция непрерывная на отрезке достигает на нем свое наименьшее и наибольшее значения.

7. Если функция f(x) непрерывна в точке х0, то можно менять местами знак предела и функции f, т.е.

lim f x f lim x .

(5.27)

x x0

x x0

 

На свойстве 6 (равенство (5.27)) и было основано непосредственное вычисление предела функции в случае отсутствия неопределенности (см. 5.1–5.2).

Если нарушается хотя бы одно условие, указанное в определении непрерывности, то точка х0 называется точкой разрыва функции.

Классификацию точек разрыва дают в зависимости от того, какое условие первого определения непрерывности, нарушено.

Точки разрыва I рода. 1. Если существуют односторонние

пределы

в точке х0 (конечные) и lim f x lim f x f x0 , то

 

x x0 0

x x0 0

точка х0

называется точкой устранимого разрыва.

2. Если существует односторонние пределы в точке х0 (конечные)

и

lim f x lim f x ,

(5.28)

x x0 0

x x0 0

 

то х0 – точка разрыва, который называется скачок.

В случае устранимого разрыва функцию можно доопределить в точке х0 значением функции f(x) и она станет непрерывной. В случае скачка это сделать невозможно.

Точки разрыва II рода. 1. Если lim f x или

x x0 0

lim f x , то х0 – точка разрыва. В этом случае прямая

x x0 0

x x0 является вертикальной асимптотой.

Для того чтобы исследовать функцию на непрерывность,

68

необходимо ответить на вопросы: 1) где функция непрерывна; 2) какие точки являются точками разрыва; 3) какой характер разрыва в этих точках?

Пример 1. Пользуясь определением непрерывности доказать, что функция f x x2 x 1 непрерывна всюду на R.

Решение. Докажем непрерывность этой функции в произвольной точке x0 R . Пусть x – приращение аргумента в точке х0. Соответствующее приращение функции имеет вид:

f x0 f x0 x f x0 x0 x 2 x0 x 1 x02 x0 1

x02 2x0 x x 2 x0 x 1 x02 x0 1 2x0 x x 2 x.

Вычислим предел приращения функции, когда приращение аргумента

стремится к нулю:

 

lim f x0

lim 2x0 x x 2 x

x 0

x

0

 

 

 

 

lim 2x0

x lim x 2

lim x 2x0 0 02 0 0.

x 0

 

x 0

x 0

Получили,

что

lim f x0 0, что и означает непрерывность функции

 

 

x 0

 

f x x2 x 1

на всей числовой прямой, так как х0 – произвольная

действительная точка.

 

Пример 2. Найти точки разрыва функции y f x и исследовать их

характер. Построить схематически график функции в окрестности точек

разрыва: 1) y

2

; 2)

y

1

 

 

.

 

 

 

 

x 4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 32 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Решение. 1) Функция

y

 

 

 

определена на всей числовой прямой,

x 4

 

кроме х = 4. Данная функция является элементарной, следовательно, она является непрерывной в каждой точке своей области определения. Поэтому единственной точкой разрыва является точка х = 4, в которой функция не определена. Для определения типа разрыва в этой точке вычислим односторонние пределы функции:

lim

2

 

2

 

;

lim

2

 

2

 

.

 

0

 

 

0

x 4 0 x 4

 

 

 

x 4 0 x 4

 

 

 

69

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]