In matematica esiste il limite di una funzione. Per capire come trovare i limiti occorre ricordare la definizione di limite di una funzione: una funzione f(x) ha limite L nel punto x = a, se per ogni sequenza di valori di x convergenti al punto a, la sequenza dei valori di y si avvicina:
- Llim f(x) = L
Il concetto e le proprietà dei limiti
Cos'è un limite può essere capito da un esempio. Supponiamo di avere una funzione y=1/x. Se aumentiamo costantemente il valore di x e guardiamo a cosa è uguale y, otterremo valori sempre decrescenti: a x=10000 y=1/10000; a x=1000000 y=1/1000000. Quelli. più x, meno y. Se x = ∞, y sarà così piccolo che può essere considerato uguale a 0. Pertanto, il limite della funzione y \u003d 1 / x mentre x tende a ∞ è 0. È scritto in questo modo:
- lim1/х=0
Il limite di una funzione ha diverse proprietà che è necessario ricordare: questo faciliterà notevolmente la soluzione dei problemi per trovare i limiti:
- Il limite della somma è uguale alla somma dei limiti: lim(x+y)=lim x+lim y
- Il limite del prodotto è uguale al prodotto dei limiti: lim(xy)=lim x*lim y
- Il limite del quoziente è uguale al quoziente dei limiti: lim(x/y)=lim x/lim y
- Il fattore costante viene tolto dal segno limite: lim(Cx)=C lim x
La funzione y=1 /x, in cui x →∞, il limite è zero, quando x→0, il limite è ∞.
- lim (sen x)/x=1 x→0
Dall'articolo sopra puoi scoprire qual è il limite e con cosa viene mangiato: questo è MOLTO importante. Perché? Potresti non capire cosa sono i determinanti e risolverli con successo, potresti non capire affatto cos'è un derivato e trovarli sui "cinque". Ma se non capisci cos'è un limite, sarà difficile risolvere compiti pratici. Inoltre, non sarà superfluo familiarizzare con gli esempi di progettazione delle decisioni e le mie raccomandazioni per la progettazione. Tutte le informazioni sono presentate in modo semplice e accessibile.
E ai fini di questa lezione, abbiamo bisogno dei seguenti materiali metodologici: Limiti notevoli E Formule trigonometriche. Si possono trovare nella pagina. È meglio stampare i manuali: è molto più conveniente, inoltre spesso è necessario accedervi offline.
Cosa c'è di straordinario nei limiti meravigliosi? La particolarità di questi limiti sta nel fatto che sono stati dimostrati dalle più grandi menti di famosi matematici, e i discendenti riconoscenti non dovranno soffrire di limiti terribili con una pila di funzioni trigonometriche, logaritmi e gradi. Cioè, quando troveremo i limiti, utilizzeremo risultati già pronti che sono stati dimostrati teoricamente.
Ci sono diversi limiti notevoli, ma nella pratica gli studenti part-time nel 95% dei casi hanno due limiti notevoli: Primo meraviglioso limite, Il secondo meraviglioso limite. Va notato che questi sono nomi storicamente stabiliti e quando, ad esempio, parlano del "primo limite notevole", intendono con questo una cosa molto specifica, e non un limite casuale preso dal soffitto.
Primo meraviglioso limite
Considera il seguente limite: (invece della lettera nativa "egli" userò la lettera greca "alfa", questo è più conveniente in termini di presentazione del materiale).
Secondo la nostra regola per la ricerca dei limiti (vedi articolo Limiti. Esempi di soluzioni) proviamo a sostituire lo zero nella funzione: al numeratore otteniamo zero (il seno di zero è zero), al denominatore, ovviamente, anche zero. Siamo quindi di fronte a un'indeterminatezza della forma che, fortunatamente, non ha bisogno di essere svelata. Nel corso dell’analisi matematica, si dimostra che:
Questo fatto matematico si chiama Primo meraviglioso limite. Non darò una dimostrazione analitica del limite, ma ne considereremo il significato geometrico nella lezione successiva funzioni infinitesimali.
Spesso nelle attività pratiche le funzioni possono essere organizzate diversamente, questo non cambia nulla:
– lo stesso primo meraviglioso limite.
Ma non puoi riorganizzare il numeratore e il denominatore da solo! Se un limite è dato nella forma , allora deve essere risolto nella stessa forma, senza riorganizzare nulla.
In pratica da parametro può fungere non solo una variabile, ma anche una funzione elementare, una funzione complessa. L'importante è solo che tenda a zero.
Esempi:
, , ,
Qui , , , , e tutto è in fermento: vale il primo meraviglioso limite.
Ed ecco la voce successiva: eresia:
Perché? Poiché il polinomio non tende a zero, tende a cinque.
A proposito, la domanda riguarda il riempimento, ma qual è il limite ? La risposta si trova alla fine della lezione.
In pratica non tutto è così liscio, quasi mai allo studente verrà proposto di risolvere un limite gratuito e ottenere un credito facile. Hmmm... sto scrivendo queste righe e mi è venuto in mente un pensiero molto importante - dopo tutto, sembra che sia meglio ricordare a memoria le definizioni e le formule matematiche “libere”, questo può essere di inestimabile aiuto nel test, quando la questione verrà decisa tra i “due” e i “tre”, e l'insegnante decide di porre allo studente qualche semplice domanda o di offrirsi di risolvere l'esempio più semplice (“forse lui (a) sa ancora cosa?!”).
Passiamo agli esempi pratici:
Esempio 1
Trova il limite
Se notiamo un seno nel limite, ciò dovrebbe immediatamente portarci a pensare alla possibilità di applicare il primo limite notevole.
Per prima cosa proviamo a sostituire 0 nell'espressione sotto il segno limite (lo facciamo mentalmente o su una bozza):
Quindi abbiamo un'indeterminatezza della forma, its assicurati di indicare nel prendere una decisione. L'espressione sotto il segno limite sembra il primo meraviglioso limite, ma non è proprio così, è sotto il seno, ma al denominatore.
In questi casi dobbiamo organizzare da soli il primo meraviglioso limite, utilizzando un dispositivo artificiale. Il ragionamento può essere il seguente: “sotto il seno abbiamo, il che significa che dobbiamo entrare anche nel denominatore”.
E questo viene fatto in modo molto semplice:
Cioè, il denominatore in questo caso viene moltiplicato artificialmente per 7 e diviso per gli stessi sette. Ora il record ha assunto una forma familiare.
Quando il compito viene redatto a mano, è consigliabile segnare il primo meraviglioso limite con una matita semplice:
Quello che è successo? In effetti, l'espressione cerchiata si è trasformata in un'unità ed è scomparsa nel prodotto:
Ora non resta che sbarazzarsi della frazione di tre piani:
Chi ha dimenticato la semplificazione delle frazioni multipiano, si prega di aggiornare il materiale nel libro di consultazione Formule matematiche della scuola calda .
Pronto. Risposta finale:
Se non vuoi usare i segni della matita, la soluzione può essere formattata in questo modo:
“
Usiamo il primo limite notevole
“
Esempio 2
Trova il limite
Ancora una volta vediamo una frazione e un seno al limite. Proviamo a sostituire lo zero al numeratore e al denominatore:
Abbiamo infatti incertezza e quindi dobbiamo cercare di organizzare il primo limite notevole. Alla lezione Limiti. Esempi di soluzioni abbiamo considerato la regola secondo cui quando abbiamo incertezza, allora dobbiamo fattorizzare il numeratore e il denominatore in fattori. Qui - la stessa cosa, presenteremo i gradi come prodotto (moltiplicatori):
Analogamente all'esempio precedente, delineiamo con una matita i meravigliosi limiti (qui sono due), e indichiamo che tendono a uno:
In realtà la risposta è già pronta:
Nei seguenti esempi, non realizzerò disegni con Paint, penso a come elaborare correttamente una soluzione su un taccuino: lo capisci già.
Esempio 3
Trova il limite
Sostituiamo lo zero nell'espressione sotto il segno limite:
È stata ottenuta un'incertezza che deve essere divulgata. Se c'è una tangente nel limite, viene quasi sempre convertita in seno e coseno secondo la nota formula trigonometrica (a proposito, fanno più o meno lo stesso con la cotangente, vedere il materiale metodologico Formule trigonometriche calde Sulla pagina Formule matematiche, tabelle e materiali di riferimento).
In questo caso:
Il coseno di zero è uguale a uno, ed è facile eliminarlo (non dimenticare di segnare che tende a uno):
Pertanto, se al limite il coseno è un MOLTIPLICATORE, allora, grosso modo, deve essere trasformato in un'unità, che scompare nel prodotto.
Qui tutto si è rivelato più semplice, senza moltiplicazioni e divisioni. Anche il primo limite notevole si trasforma in unità e scompare nel prodotto:
Di conseguenza, si ottiene l'infinito, succede.
Esempio 4
Trova il limite
Proviamo a sostituire lo zero al numeratore e al denominatore:
Incertezza ottenuta (il coseno di zero, come ricordiamo, è uguale a uno)
Usiamo la formula trigonometrica. Prendi nota! Per qualche ragione, i limiti che utilizzano questa formula sono molto comuni.
Togliamo i moltiplicatori costanti oltre l'icona del limite:
Organizziamo il primo limite notevole:
Qui abbiamo solo un meraviglioso limite, che si trasforma in uno solo e scompare nel prodotto:
Liberiamoci dai tre piani:
Il limite è effettivamente risolto, indichiamo che il seno rimanente tende a zero:
Esempio 5
Trova il limite
Questo esempio è più complicato, prova a capirlo da solo:
Alcuni limiti possono essere ridotti al 1° limite notevole modificando la variabile, puoi leggere questo argomento più avanti nell'articolo Metodi di risoluzione dei limiti.
Il secondo meraviglioso limite
Nella teoria dell’analisi matematica si dimostra che:
Questo fatto si chiama secondo limite notevole.
Riferimento: è un numero irrazionale.
Come parametro può fungere non solo una variabile, ma anche una funzione complessa. È importante solo che tende all'infinito.
Esempio 6
Trova il limite
Quando l'espressione sotto il segno limite è al potere, questo è il primo segno che devi provare ad applicare il secondo meraviglioso limite.
Ma prima, come sempre, proviamo a sostituire un numero infinitamente grande nell'espressione, secondo quale principio viene fatto, è stato analizzato nella lezione Limiti. Esempi di soluzioni.
È facile capirlo quando la base del grado e l'esponente - , cioè c'è un'incertezza della forma:
Questa incertezza viene rivelata proprio con l'aiuto del secondo limite notevole. Ma, come spesso accade, il secondo meraviglioso limite non sta su un piatto d’argento, e va organizzato artificialmente. Si può ragionare così: in questo esempio il parametro significa che dobbiamo anche organizzarci nell'indicatore. Per fare ciò eleviamo la base a potenza, e affinché l'espressione non cambi, la eleviamo a potenza:
Quando l'attività viene redatta a mano, segniamo con una matita:
Quasi tutto è pronto, la terribile laurea si è trasformata in una bella lettera:
Allo stesso tempo, l'icona del limite stessa viene spostata sull'indicatore:
Esempio 7
Trova il limite
Attenzione! Questo tipo di limite è molto comune, studia questo esempio con molta attenzione.
Proviamo a sostituire nell'espressione un numero infinitamente grande sotto il segno limite:
Il risultato è un'incertezza. Ma il secondo notevole limite riguarda l’incertezza della forma. Cosa fare? Devi convertire la base della laurea. Discutiamo così: al denominatore abbiamo , il che significa che dobbiamo organizzarci anche al numeratore.
Il primo limite notevole è chiamato la seguente uguaglianza:
\begin(equation)\lim_(\alpha\to(0))\frac(\sin\alpha)(\alpha)=1 \end(equation)
Poiché per $\alpha\to(0)$ abbiamo $\sin\alpha\to(0)$, diciamo che il primo limite notevole rivela un'indeterminazione della forma $\frac(0)(0)$. In generale, nella formula (1), al posto della variabile $\alpha$, sotto il segno del seno e al denominatore, si può collocare qualsiasi espressione, purché siano soddisfatte due condizioni:
- Le espressioni sotto il segno del seno e al denominatore tendono contemporaneamente a zero, cioè c'è un'incertezza della forma $\frac(0)(0)$.
- Le espressioni sotto il segno del seno e al denominatore sono le stesse.
Spesso vengono utilizzati anche corollari dal primo limite notevole:
\begin(equation) \lim_(\alpha\to(0))\frac(\tg\alpha)(\alpha)=1 \end(equation) \begin(equation) \lim_(\alpha\to(0) )\frac(\arcsin\alpha)(\alpha)=1 \end(equation) \begin(equation) \lim_(\alpha\to(0))\frac(\arctg\alpha)(\alpha)=1 \end(equazione)
Undici esempi sono risolti in questa pagina. L'esempio n. 1 è dedicato alla dimostrazione delle formule (2)-(4). Gli esempi n. 2, n. 3, n. 4 e n. 5 contengono soluzioni con commenti dettagliati. Gli esempi 6-10 contengono soluzioni quasi senza commenti, perché negli esempi precedenti sono state fornite spiegazioni dettagliate. Durante la risoluzione vengono utilizzate alcune formule trigonometriche che possono essere trovate.
Osservo che la presenza di funzioni trigonometriche, unita all'incertezza di $\frac (0) (0)$, non significa che debba essere applicato il primo limite notevole. A volte sono sufficienti semplici trasformazioni trigonometriche, ad esempio vedi.
Esempio 1
Dimostrare che $\lim_(\alpha\to(0))\frac(\tg\alpha)(\alpha)=1$, $\lim_(\alpha\to(0))\frac(\arcsin\alpha ) (\alpha)=1$, $\lim_(\alpha\to(0))\frac(\arctg\alpha)(\alpha)=1$.
a) Poiché $\tg\alpha=\frac(\sin\alpha)(\cos\alpha)$, allora:
$$ \lim_(\alpha\to(0))\frac(\tg(\alpha))(\alpha)=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(\alpha\to(0))\frac(\sin(\alpha))(\alpha\cos(\alpha)) $$
Poiché $\lim_(\alpha\to(0))\cos(0)=1$ e $\lim_(\alpha\to(0))\frac(\sin\alpha)(\alpha)=1$ , Quello:
$$ \lim_(\alpha\to(0))\frac(\sin(\alpha))(\alpha\cos(\alpha)) =\frac(\displaystyle\lim_(\alpha\to(0)) \frac(\sin(\alpha))(\alpha))(\displaystyle\lim_(\alpha\to(0))\cos(\alpha)) =\frac(1)(1) =1. $$
b) Facciamo la sostituzione $\alpha=\sin(y)$. Poiché $\sin(0)=0$, dalla condizione $\alpha\to(0)$ si ottiene $y\to(0)$. Inoltre, esiste un intorno allo zero dove $\arcsin\alpha=\arcsin(\sin(y))=y$, quindi:
$$ \lim_(\alpha\to(0))\frac(\arcsin\alpha)(\alpha)=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(y\to(0))\frac(y)(\sin(y)) =\lim_(y\to(0))\frac(1)(\frac(\sin(y))( y)) =\frac(1)(\displaystyle\lim_(y\to(0))\frac(\sin(y))(y)) =\frac(1)(1) =1. $$
L'uguaglianza $\lim_(\alpha\to(0))\frac(\arcsin\alpha)(\alpha)=1$ è dimostrata.
c) Facciamo la sostituzione $\alpha=\tg(y)$. Poiché $\tg(0)=0$, le condizioni $\alpha\to(0)$ e $y\to(0)$ sono equivalenti. Inoltre esiste un intorno dello zero dove $\arctg\alpha=\arctg\tg(y))=y$, quindi, basandoci sui risultati del punto a), avremo:
$$ \lim_(\alpha\to(0))\frac(\arctg\alpha)(\alpha)=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(y\to(0))\frac(y)(\tg(y)) =\lim_(y\to(0))\frac(1)(\frac(\tg(y))( y)) =\frac(1)(\displaystyle\lim_(y\to(0))\frac(\tg(y))(y)) =\frac(1)(1) =1. $$
L'uguaglianza $\lim_(\alpha\to(0))\frac(\arctg\alpha)(\alpha)=1$ è dimostrata.
Le uguaglianze a), b), c) vengono spesso utilizzate insieme al primo limite notevole.
Esempio n.2
Limite di calcolo $\lim_(x\to(2))\frac(\sin\left(\frac(x^2-4)(x+7)\right))(\frac(x^2-4)( x+7))$.
Poiché $\lim_(x\to(2))\frac(x^2-4)(x+7)=\frac(2^2-4)(2+7)=0$ e $\lim_( x \to(2))\sin\left(\frac(x^2-4)(x+7)\right)=\sin(0)=0$, cioè e il numeratore e il denominatore della frazione tendono contemporaneamente a zero, allora si tratta di un'incertezza della forma $\frac(0)(0)$, cioè Fatto. Inoltre, si può vedere che le espressioni sotto il segno del seno e al denominatore sono le stesse (cioè ed è soddisfatto):
Pertanto, entrambe le condizioni elencate all'inizio della pagina sono soddisfatte. Ne consegue che la formula è applicabile, vale a dire $\lim_(x\to(2)) \frac(\sin\left(\frac(x^2-4)(x+7)\right))(\frac(x^2-4)(x+ 7 ))=1$.
Risposta: $\lim_(x\to(2))\frac(\sin\left(\frac(x^2-4)(x+7)\right))(\frac(x^2-4)(x +7))=1$.
Esempio n.3
Trova $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(x)$.
Poiché $\lim_(x\to(0))\sin(9x)=0$ e $\lim_(x\to(0))x=0$, abbiamo a che fare con un'incertezza della forma $\frac( 0 )(0)$, ovvero Fatto. Tuttavia, le espressioni sotto il segno del seno e al denominatore non corrispondono. Qui è necessario adattare l'espressione al denominatore alla forma desiderata. Abbiamo bisogno che l'espressione $9x$ sia al denominatore, quindi diventerà vera. Fondamentalmente, ci manca il fattore $9$ nel denominatore, che non è così difficile da inserire, basta moltiplicare l'espressione nel denominatore per $9$. Naturalmente, per compensare la moltiplicazione per $9$, bisognerà subito dividere per $9$ e dividere:
$$ \lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(x)=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(9x\cdot\frac(1)(9)) =9\lim_(x\to(0))\frac(\sin (9x))(9x) $$
Ora le espressioni al denominatore e sotto il segno del seno sono le stesse. Entrambe le condizioni per il limite $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(9x)$ sono soddisfatte. Quindi $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(9x)=1$. E questo significa che:
$$ 9\lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(9x)=9\cdot(1)=9. $$
Risposta: $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(9x))(x)=9$.
Esempio n.4
Trova $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(5x))(\tg(8x))$.
Poiché $\lim_(x\to(0))\sin(5x)=0$ e $\lim_(x\to(0))\tg(8x)=0$, qui abbiamo a che fare con un'indeterminatezza del forma $\frac(0)(0)$. Tuttavia, la forma del primo limite notevole è rotta. Un numeratore contenente $\sin(5x)$ richiede $5x$ al denominatore. In questa situazione, il modo più semplice è dividere il numeratore per $5x$ e moltiplicarlo immediatamente per $5x$. Inoltre, eseguiremo un'operazione simile con il denominatore, moltiplicando e dividendo $\tg(8x)$ per $8x$:
$$\lim_(x\to(0))\frac(\sin(5x))(\tg(8x))=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(x\to(0))\frac(\frac(\sin(5x))(5x)\cdot(5x))(\frac(\tg(8x))(8x)\cdot(8x) )$$
Riducendo di $x$ e togliendo la costante $\frac(5)(8)$ dal segno limite, otteniamo:
$$ \lim_(x\to(0))\frac(\frac(\sin(5x))(5x)\cdot(5x))(\frac(\tg(8x))(8x)\cdot(8x )) =\frac(5)(8)\cdot\lim_(x\to(0))\frac(\frac(\sin(5x))(5x))(\frac(\tg(8x))( 8x)) $$
Si noti che $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(5x))(5x)$ soddisfa pienamente i requisiti per il primo limite notevole. Per trovare $\lim_(x\to(0))\frac(\tg(8x))(8x)$ è applicabile la seguente formula:
$$ \frac(5)(8)\cdot\lim_(x\to(0))\frac(\frac(\sin(5x))(5x))(\frac(\tg(8x))(8x )) =\frac(5)(8)\cdot\frac(\displaystyle\lim_(x\to(0))\frac(\sin(5x))(5x))(\displaystyle\lim_(x\to (0))\frac(\tg(8x))(8x)) =\frac(5)(8)\cdot\frac(1)(1) =\frac(5)(8). $$
Risposta: $\lim_(x\to(0))\frac(\sin(5x))(\tg(8x))=\frac(5)(8)$.
Esempio n.5
Trova $\lim_(x\to(0))\frac(\cos(5x)-\cos^3(5x))(x^2)$.
Poiché $\lim_(x\to(0))(\cos(5x)-\cos^3(5x))=1-1=0$ (ricorda che $\cos(0)=1$) e $\ lim_(x\to(0))x^2=0$, allora abbiamo a che fare con un'indeterminazione della forma $\frac(0)(0)$. Tuttavia, per applicare il primo meraviglioso limite, dovresti eliminare il coseno al numeratore andando ai seni (per poi applicare la formula) o alle tangenti (per poi applicare la formula). Puoi farlo con la seguente trasformazione:
$$\cos(5x)-\cos^3(5x)=\cos(5x)\cdot\sinistra(1-\cos^2(5x)\destra)$$ $$\cos(5x)-\cos ^3(5x)=\cos(5x)\cdot\sinistra(1-\cos^2(5x)\destra)=\cos(5x)\cdot\sin^2(5x).$$
Torniamo al limite:
$$ \lim_(x\to(0))\frac(\cos(5x)-\cos^3(5x))(x^2)=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(x\to(0))\frac(\cos(5x)\cdot\sin^2(5x))(x^2) =\lim_(x\to(0))\left(\cos (5x)\cdot\frac(\sin^2(5x))(x^2)\destra) $$
La frazione $\frac(\sin^2(5x))(x^2)$ è già vicina alla forma richiesta per il primo limite notevole. Lavoriamo un po' con la frazione $\frac(\sin^2(5x))(x^2)$, adattandola al primo limite meraviglioso (nota che le espressioni al numeratore e sotto il seno devono corrispondere):
$$\frac(\sin^2(5x))(x^2)=\frac(\sin^2(5x))(25x^2\cdot\frac(1)(25))=25\cdot\ frac(\sin^2(5x))(25x^2)=25\cdot\sinistra(\frac(\sin(5x))(5x)\destra)^2$$
Torniamo al limite considerato:
$$ \lim_(x\to(0))\left(\cos(5x)\cdot\frac(\sin^2(5x))(x^2)\right) =\lim_(x\to(0 ))\left(25\cos(5x)\cdot\left(\frac(\sin(5x))(5x)\right)^2\right)=\\ =25\cdot\lim_(x\to( 0))\cos(5x)\cdot\lim_(x\to(0))\left(\frac(\sin(5x))(5x)\right)^2 =25\cdot(1)\cdot( 1^2) =25. $$
Risposta: $\lim_(x\to(0))\frac(\cos(5x)-\cos^3(5x))(x^2)=25$.
Esempio n.6
Trova il limite $\lim_(x\to(0))\frac(1-\cos(6x))(1-\cos(2x))$.
Poiché $\lim_(x\to(0))(1-\cos(6x))=0$ e $\lim_(x\to(0))(1-\cos(2x))=0$, allora abbiamo a che fare con l'incertezza di $\frac(0)(0)$. Apriamolo con l'aiuto del primo limite notevole. Per fare ciò, passiamo dai coseni ai seni. Poiché $1-\cos(2\alpha)=2\sin^2(\alpha)$, allora:
$$1-\cos(6x)=2\sen^2(3x);\;1-\cos(2x)=2\sen^2(x).$$
Passando nel limite dato ai seni, avremo:
$$ \lim_(x\to(0))\frac(1-\cos(6x))(1-\cos(2x))=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(x\to(0))\frac(2\sin^2(3x))(2\sin^2(x)) =\lim_(x\to(0))\frac(\sin^ 2(3x))(\sin^2(x))=\\ =\lim_(x\to(0))\frac(\frac(\sin^2(3x))((3x)^2)\ cdot(3x)^2)(\frac(\sin^2(x))(x^2)\cdot(x^2)) =\lim_(x\to(0))\frac(\left(\ frac(\sin(3x))(3x)\right)^2\cdot(9x^2))(\left(\frac(\sin(x))(x)\right)^2\cdot(x^ 2)) =9\cdot\frac(\displaystyle\lim_(x\to(0))\left(\frac(\sin(3x))(3x)\right)^2)(\displaystyle\lim_(x \to(0))\left(\frac(\sin(x))(x)\right)^2) =9\cdot\frac(1^2)(1^2) =9. $$
Risposta: $\lim_(x\to(0))\frac(1-\cos(6x))(1-\cos(2x))=9$.
Esempio n.7
Calcola il limite $\lim_(x\to(0))\frac(\cos(\alpha(x))-\cos(\beta(x)))(x^2)$ dato $\alpha\neq\ beta $.
Spiegazioni dettagliate sono state fornite in precedenza, ma qui notiamo semplicemente che ancora una volta c'è un'indeterminatezza di $\frac(0)(0)$. Passiamo dai coseni ai seni utilizzando la formula
$$\cos\alpha-\cos\beta=-2\sin\frac(\alpha+\beta)(2)\cdot\sin\frac(\alpha-\beta)(2).$$
Usando la formula sopra, otteniamo:
$$ \lim_(x\to(0))\frac(\cos(\alpha(x))-\cos(\beta(x)))(x^2)=\left|\frac(0)( 0)\destra| =\lim_(x\to(0))\frac(-2\sin\frac(\alpha(x)+\beta(x))(2)\cdot\sin\frac(\alpha(x)-\ beta(x))(2))(x^2)=\\ =-2\cdot\lim_(x\to(0))\frac(\sin\left(x\cdot\frac(\alpha+\beta )(2)\destra)\cdot\sin\sinistra(x\cdot\frac(\alpha-\beta)(2)\destra))(x^2) =-2\cdot\lim_(x\to( 0))\left(\frac(\sin\left(x\cdot\frac(\alpha+\beta)(2)\right))(x)\cdot\frac(\sin\left(x\cdot\frac (\alpha-\beta)(2)\right))(x)\right)=\\ =-2\cdot\lim_(x\to(0))\left(\frac(\sin\left(x \cdot\frac(\alpha+\beta)(2)\right))(x\cdot\frac(\alpha+\beta)(2))\cdot\frac(\alpha+\beta)(2)\cdot\frac (\sin\left(x\cdot\frac(\alpha-\beta)(2)\right))(x\cdot\frac(\alpha-\beta)(2))\cdot\frac(\alpha- \beta)(2)\right)=\\ =-\frac((\alpha+\beta)\cdot(\alpha-\beta))(2)\lim_(x\to(0))\frac(\ sin\left(x\cdot\frac(\alpha+\beta)(2)\right))(x\cdot\frac(\alpha+\beta)(2))\cdot\lim_(x\to(0)) \frac(\sin\left(x\cdot\frac(\alpha-\beta)(2)\right))(x\cdot\frac(\alpha-\beta)(2)) =-\frac(\ alpha^2-\beta^2)(2)\cdot(1)\cdot(1) =\frac(\beta^2-\alpha^2)(2). $$
Risposta: $\lim_(x\to(0))\frac(\cos(\alpha(x))-\cos(\beta(x)))(x^2)=\frac(\beta^2-\ alfa^2)(2)$.
Esempio n.8
Trova il limite $\lim_(x\to(0))\frac(\tg(x)-\sin(x))(x^3)$.
Poiché $\lim_(x\to(0))(\tg(x)-\sin(x))=0$ (ricordiamo che $\sin(0)=\tg(0)=0$) e $\ lim_(x\to(0))x^3=0$, allora abbiamo a che fare con un'indeterminazione della forma $\frac(0)(0)$. Analizziamolo in questo modo:
$$ \lim_(x\to(0))\frac(\tg(x)-\sin(x))(x^3)=\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(x\to(0))\frac(\frac(\sin(x))(\cos(x))-\sin(x))(x^3) =\lim_(x\to( 0))\frac(\sin(x)\cdot\left(\frac(1)(\cos(x))-1\right))(x^3) =\lim_(x\to(0)) \frac(\sin(x)\cdot\left(1-\cos(x)\right))(x^3\cdot\cos(x))=\\ =\lim_(x\to(0)) \frac(\sin(x)\cdot(2)\sin^2\frac(x)(2))(x^3\cdot\cos(x)) =\frac(1)(2)\cdot\ lim_(x\to(0))\left(\frac(\sin(x))(x)\cdot\left(\frac(\sin\frac(x)(2))(\frac(x)( 2))\destra)^2\cdot\frac(1)(\cos(x))\destra) =\frac(1)(2)\cdot(1)\cdot(1^2)\cdot(1 ) =\frac(1)(2). $$
Risposta: $\lim_(x\to(0))\frac(\tg(x)-\sin(x))(x^3)=\frac(1)(2)$.
Esempio n.9
Trova il limite $\lim_(x\to(3))\frac(1-\cos(x-3))((x-3)\tg\frac(x-3)(2))$.
Poiché $\lim_(x\to(3))(1-\cos(x-3))=0$ e $\lim_(x\to(3))(x-3)\tg\frac(x - 3)(2)=0$, allora esiste un'indeterminazione della forma $\frac(0)(0)$. Prima di procedere alla sua espansione, conviene modificare la variabile in modo tale che la nuova variabile tenda a zero (notare che nelle formule la variabile $\alpha \to$). Il modo più semplice è introdurre la variabile $t=x-3$. Tuttavia, per comodità di ulteriori trasformazioni (questo vantaggio può essere visto nel corso della soluzione seguente), vale la pena effettuare la seguente sostituzione: $t=\frac(x-3)(2)$. Noto che in questo caso sono applicabili entrambe le sostituzioni, solo la seconda sostituzione ti permetterà di lavorare meno con le frazioni. Da $x\to(3)$, allora $t\to(0)$.
$$ \lim_(x\to(3))\frac(1-\cos(x-3))((x-3)\tg\frac(x-3)(2))=\left|\frac (0)(0)\destra| =\left|\begin(aligned)&t=\frac(x-3)(2);\\&t\to(0)\end(aligned)\right| =\lim_(t\to(0))\frac(1-\cos(2t))(2t\cdot\tg(t)) =\lim_(t\to(0))\frac(2\sin^ 2t)(2t\cdot\tg(t)) =\lim_(t\to(0))\frac(\sin^2t)(t\cdot\tg(t))=\\ =\lim_(t\ to(0))\frac(\sin^2t)(t\cdot\frac(\sin(t))(\cos(t))) =\lim_(t\to(0))\frac(\sin (t)\cos(t))(t) =\lim_(t\to(0))\left(\frac(\sin(t))(t)\cdot\cos(t)\right) =\ lim_(t\to(0))\frac(\sin(t))(t)\cdot\lim_(t\to(0))\cos(t) =1\cdot(1) =1. $$
Risposta: $\lim_(x\to(3))\frac(1-\cos(x-3))((x-3)\tg\frac(x-3)(2))=1$.
Esempio n.10
Trova il limite $\lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(\left(\frac(\pi)(2)-x\right)^ 2)$.
Anche in questo caso abbiamo a che fare con l'incertezza di $\frac(0)(0)$. Prima di procedere alla sua espansione, conviene effettuare un cambio di variabile in modo tale che la nuova variabile tenda a zero (notare che nelle formule la variabile è $\alpha\to(0)$). Il modo più semplice è introdurre la variabile $t=\frac(\pi)(2)-x$. Poiché $x\to\frac(\pi)(2)$, allora $t\to(0)$:
$$ \lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(\left(\frac(\pi)(2)-x\right)^2) =\sinistra|\frac(0)(0)\destra| =\left|\begin(aligned)&t=\frac(\pi)(2)-x;\\&t\to(0)\end(aligned)\right| =\lim_(t\to(0))\frac(1-\sin\left(\frac(\pi)(2)-t\right))(t^2) =\lim_(t\to(0 ))\frac(1-\cos(t))(t^2)=\\ =\lim_(t\to(0))\frac(2\sin^2\frac(t)(2))( t^2) =2\lim_(t\to(0))\frac(\sin^2\frac(t)(2))(t^2) =2\lim_(t\to(0))\ frac(\sin^2\frac(t)(2))(\frac(t^2)(4)\cdot(4)) =\frac(1)(2)\cdot\lim_(t\to( 0))\sinistra(\frac(\sin\frac(t)(2))(\frac(t)(2))\destra)^2 =\frac(1)(2)\cdot(1^2 ) =\frac(1)(2). $$
Risposta: $\lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(\left(\frac(\pi)(2)-x\right)^2) =\frac(1)(2)$.
Esempio n.11
Trova i limiti $\lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(\cos^2x)$, $\lim_(x\to\frac(2 \ pi)(3))\frac(\tg(x)+\sqrt(3))(2\cos(x)+1)$.
In questo caso non dobbiamo utilizzare il primo limite meraviglioso. Nota: sia nel primo che nel secondo limite ci sono solo funzioni e numeri trigonometrici. Spesso, in esempi di questo genere, è possibile semplificare l'espressione posta sotto il segno limite. In questo caso, dopo la citata semplificazione e riduzione di alcuni fattori, l'incertezza scompare. Ho fatto questo esempio con un solo scopo: mostrare che la presenza di funzioni trigonometriche sotto il segno limite non significa necessariamente l'applicazione del primo limite notevole.
Poiché $\lim_(x\to\frac(\pi)(2))(1-\sin(x))=0$ (ricordiamo che $\sin\frac(\pi)(2)=1$ ) e $\lim_(x\to\frac(\pi)(2))\cos^2x=0$ (ricordiamo che $\cos\frac(\pi)(2)=0$), allora abbiamo a che fare con l'incertezza della forma $\frac(0)(0)$. Tuttavia, ciò non significa affatto che dobbiamo utilizzare il primo limite notevole. Per rivelare l’incertezza è sufficiente tenere conto che $\cos^2x=1-\sin^2x$:
$$ \lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(\cos^2x) =\left|\frac(0)(0)\right| =\lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(1-\sin^2x) =\lim_(x\to\frac(\pi)( 2))\frac(1-\sin(x))((1-\sin(x))(1+\sin(x))) =\lim_(x\to\frac(\pi)(2) )\frac(1)(1+\sin(x)) =\frac(1)(1+1) =\frac(1)(2). $$
Esiste una soluzione simile nel libro delle soluzioni di Demidovich (n. 475). Per quanto riguarda il secondo limite, come negli esempi precedenti di questa sezione, abbiamo un'incertezza della forma $\frac(0)(0)$. Perché sorge? Si verifica perché $\tg\frac(2\pi)(3)=-\sqrt(3)$ e $2\cos\frac(2\pi)(3)=-1$. Usiamo questi valori per trasformare le espressioni nel numeratore e nel denominatore. Lo scopo delle nostre azioni: scrivere la somma al numeratore e al denominatore come prodotto. A proposito, spesso conviene cambiare una variabile all'interno di una forma simile in modo che la nuova variabile tenda a zero (vedi, ad esempio, gli esempi n. 9 o n. 10 in questa pagina). Tuttavia, in questo esempio, non ha senso sostituire la variabile, anche se, se lo si desidera, la sostituzione della variabile $t=x-\frac(2\pi)(3)$ è facile da implementare.
$$ \lim_(x\to\frac(2\pi)(3))\frac(\tg(x)+\sqrt(3))(2\cos(x)+1) =\lim_(x\ to\frac(2\pi)(3))\frac(\tg(x)+\sqrt(3))(2\cdot\left(\cos(x)+\frac(1)(2)\right )) =\lim_(x\to\frac(2\pi)(3))\frac(\tg(x)-\tg\frac(2\pi)(3))(2\cdot\left(\ cos(x)-\cos\frac(2\pi)(3)\right))=\\ =\lim_(x\to\frac(2\pi)(3))\frac(\frac(\sin \left(x-\frac(2\pi)(3)\right))(\cos(x)\cos\frac(2\pi)(3)))(-4\sin\frac(x+\frac (2\pi)(3))(2)\sin\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2)) =\lim_(x\to\frac(2\pi)(3 ))\frac(\sin\left(x-\frac(2\pi)(3)\right))(-4\sin\frac(x+\frac(2\pi)(3))(2)\ sin\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2)\cos(x)\cos\frac(2\pi)(3))=\\ =\lim_(x\to\frac (2\pi)(3))\frac(2\sin\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2)\cos\frac(x-\frac(2\pi)(3 ))(2))(-4\sin\frac(x+\frac(2\pi)(3))(2)\sin\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2) \cos(x)\cos\frac(2\pi)(3)) =\lim_(x\to\frac(2\pi)(3))\frac(\cos\frac(x-\frac(2 \pi)(3))(2))(-2\sin\frac(x+\frac(2\pi)(3))(2)\cos(x)\cos\frac(2\pi)(3 ))=\\ =\frac(1)(-2\cdot\frac(\sqrt(3))(2)\cdot\left(-\frac(1)(2)\right)\cdot\left( -\frac(1)(2)\right)) =-\frac(4)(\sqrt(3)). $$
Come puoi vedere, non abbiamo dovuto applicare il primo meraviglioso limite. Naturalmente, questo può essere fatto se lo si desidera (vedi nota sotto), ma non è necessario.
Quale sarebbe la soluzione utilizzando il primo limite notevole? mostra nascondi
Utilizzando il primo limite notevole otteniamo:
$$ \lim_(x\to\frac(2\pi)(3))\frac(\sin\left(x-\frac(2\pi)(3)\right))(-4\sin\frac (x+\frac(2\pi)(3))(2)\sin\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2)\cos(x)\cos\frac(2\pi )(3))=\\ =\lim_(x\to\frac(2\pi)(3))\left(\frac(\sin\left(x-\frac(2\pi)(3)\ destra))(x-\frac(2\pi)(3))\cdot\frac(1)(\frac(\sin\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2)) (\frac(x-\frac(2\pi)(3))(2)))\cdot\frac(1)(-2\sin\frac(x+\frac(2\pi)(3))( 2)\cos(x)\cos\frac(2\pi)(3))\right) =1\cdot(1)\cdot\frac(1)(-2\cdot\frac(\sqrt(3) )(2)\cdot\sinistra(-\frac(1)(2)\destra)\cdot\sinistra(-\frac(1)(2)\destra)) =-\frac(4)(\sqrt( 3)). $$
Risposta: $\lim_(x\to\frac(\pi)(2))\frac(1-\sin(x))(\cos^2x)=\frac(1)(2)$, $\lim_( x\to\frac(2\pi)(3))\frac(\tg(x)+\sqrt(3))(2\cos(x)+1)=-\frac(4)(\sqrt( 3))$.
Argomento 4.6 Calcolo dei limiti
Il limite di una funzione non dipende dal fatto che sia definito o meno nel punto limite. Ma nella pratica del calcolo dei limiti delle funzioni elementari, questa circostanza è essenziale.
1. Se la funzione è elementare e se il valore limite dell'argomento appartiene al suo dominio di definizione, allora il calcolo del limite della funzione si riduce ad una semplice sostituzione del valore limite dell'argomento, perché limite della funzione elementare f (x) a x lottare perUN , che è incluso nel dominio di definizione, è uguale al valore privato della funzione in x= UN, cioè. lim f(x)=f( UN) .
2. Se x va all'infinito oppure l'argomento tende a un numero che non appartiene al dominio della funzione, in ognuno di questi casi la ricerca del limite della funzione richiede uno studio speciale.
Di seguito sono riportati i limiti più semplici, basati sulle proprietà dei limiti, che possono essere utilizzati come formule:
Casi più complessi di ricerca del limite di una funzione:
ciascuno è considerato separatamente.
Questa sezione presenterà le principali modalità di comunicazione delle incertezze.
1. Il caso in cui x lottare perUN la funzione f(x) rappresenta il rapporto tra due quantità infinitesime
a) Per prima cosa bisogna assicurarsi che il limite della funzione non sia trovabile per sostituzione diretta e, con la modifica indicata nell'argomento, rappresenti il rapporto tra due quantità infinitesime. Si effettuano trasformazioni per ridurre la frazione di un fattore tendente a 0. Secondo la definizione di limite di una funzione, l'argomento x tende al suo valore limite, senza mai coincidere con esso.
In generale, se si ricerca il limite di una funzione x lottare perUN , allora bisogna ricordare che x non assume valore UN, cioè. x non è uguale ad a.
b) Si applica il teorema di Bezout. Se stai cercando il limite di una frazione il cui numeratore e denominatore sono polinomi che diventano 0 nel punto limite x \u003d UN, allora secondo il teorema precedente, entrambi i polinomi sono divisibili senza resto per x- UN.
c) L'irrazionalità nel numeratore o denominatore viene distrutta moltiplicando il numeratore o denominatore per l'espressione coniugata all'irrazionale, quindi dopo la semplificazione la frazione viene ridotta.
d) Viene utilizzato il 1° limite notevole (4.1).
e) Usiamo il teorema di equivalenza infinitesimale e il seguente b.m.:
2. Il caso in cui x lottare perUN la funzione f(x) rappresenta il rapporto tra due quantità infinitamente grandi
a) Dividere numeratore e denominatore di una frazione per la potenza più alta dell'incognito.
b) In generale, puoi usare la regola
3. Il caso in cui x lottare perUN la funzione f(x) rappresenta il prodotto di un valore infinitesimo e di uno infinitamente grande
La frazione viene convertita in una forma il cui numeratore e denominatore tendono contemporaneamente a 0 o all'infinito, cioè il caso 3 si riduce al caso 1 o al caso 2.
4. Il caso in cui x lottare perUN la funzione f(x) rappresenta la differenza di due quantità positive infinitamente grandi
Questo caso viene ridotto alla specie 1 o 2 in uno dei seguenti modi:
a) ridurre le frazioni a un denominatore comune;
b) trasformazione della funzione nella forma di frazione;
c) sbarazzarsi dell'irrazionalità.
5. Il caso in cui x lottare perUN la funzione f(x) rappresenta una potenza la cui base tende a 1 e il cui esponente tende all'infinito.
La funzione si trasforma in modo da utilizzare il 2° limite notevole (4.2).
Esempio. Trovare .
Perché x tende a 3, allora il numeratore della frazione tende al numero 3 2 +3 *3+4=22, e il denominatore al numero 3+8=11. Quindi,
Esempio
Qui il numeratore e il denominatore della frazione a x tendente a 2 tendono a 0 (incertezza della forma), scomponiamo numeratore e denominatore in fattori, otteniamo lim(x-2)(x+2)/(x-2)(x-5)
Esempio
Moltiplichiamo il numeratore e il denominatore per l'espressione coniugata al numeratore, abbiamo
Aprendo le parentesi al numeratore, otteniamo
Esempio
Livello 2 Esempio. Facciamo un esempio di applicazione del concetto di limite di una funzione nei calcoli economici. Consideriamo un'operazione finanziaria ordinaria: prestare una somma S 0 con la condizione che dopo un periodo di tempo T l'importo verrà rimborsato S T. Definiamo il valore R crescita relativa formula
r=(S T -S 0)/S 0 (1)
La crescita relativa può essere espressa in percentuale moltiplicando il valore risultante R entro 100.
Dalla formula (1) è facile determinare il valore S T:
S T= S 0 (1 + R)
Quando si calcolano i prestiti a lungo termine che coprono diversi anni interi, viene utilizzato uno schema di interessi composti. Consiste nel fatto che se per il 1 ° anno l'importo S 0 aumenta in (1 + R) volte, poi per il secondo anno in (1+ R) volte la somma aumenta S 1 = S 0 (1 + R), questo è S 2 = S 0 (1 + R) 2 . Allo stesso modo, si scopre S 3 = S 0 (1 + R) 3 . Dagli esempi sopra riportati è possibile ricavare una formula generale per il calcolo della crescita dell'importo N anni quando si calcola secondo il sistema dell’interesse composto:
S n= S 0 (1 + R) N.
Nei calcoli finanziari vengono utilizzati schemi in cui l'interesse composto viene calcolato più volte all'anno. Allo stesso tempo, stabilisce rata annuale R E numero di pagamenti all'anno K. Di norma, i ratei vengono effettuati a intervalli regolari, ovvero alla durata di ciascun intervallo Tk fa parte dell'anno. Poi per un periodo di T anni (qui T non necessariamente un numero intero) S T calcolato dalla formula
(2)
dove è la parte intera del numero, che è uguale al numero stesso, se, ad esempio, T? numero intero.
Lasciamo stare il tasso annuo R e prodotto N ratei annuali a intervalli regolari. Quindi per l'anno l'importo S 0 viene aumentato al valore determinato dalla formula
(3)
Nell'analisi teorica e nella pratica dell'attività finanziaria si incontra spesso il concetto di “interessi maturati continuamente”. Per passare agli interessi maturati in modo continuativo è necessario nelle formule (2) e (3) aumentare indefinitamente, rispettivamente, i numeri K E N(cioè mirare K E N all'infinito) e calcolare a quale limite tenderanno le funzioni S T E S 1 . Applichiamo questa procedura alla formula (3):
Si noti che il limite tra parentesi graffe è lo stesso del secondo limite notevole. Ne consegue che al tasso annuale R ad un interesse continuamente maturato, l'importo S 0 per 1 anno viene aumentato al valore S 1 * , che è determinato dalla formula
S 1 * = S 0 ehm (4)
Ora facciamo la somma S 0 è prestato con interesse N una volta all'anno a intervalli regolari. Denota Rif tasso annuo al quale alla fine dell'anno l'importo S 0 viene incrementato a un valore S 1 * dalla formula (4). In questo caso, lo diremo Rif- Questo tasso d'interesse annuale N una volta all'anno, equivalente ad una percentuale annua R con maturazione continua. Dalla formula (3) otteniamo
S* 1 \u003d S 0 (1 + r e / n) n
Uguagliando le parti giuste dell'ultima formula e della formula (4), assumendo l'ultima T= 1, possiamo derivare le relazioni tra le quantità R E Rif:
Queste formule sono ampiamente utilizzate nei calcoli finanziari.
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