metodichkaFTUG_chast2
.pdfПример 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