Замечательные пределы и следствия из них

Содержание

Слайд 2

Первый замечательный предел Рассмотрим круг единичного радиуса с центром в точке

Первый замечательный предел

Рассмотрим круг единичного радиуса с центром в точке

О.

A

D

B

C

O

R=1

x

x

Пусть

Тогда ∠ AOB = x (рад.),

п

Пусть S1 – площадь треугольника AOB,
S2 – площадь сектора AOB,
S3 – площадь треугольника AOD.

S1= 0,5⋅(OA)2⋅sinx = 0,5⋅sinx,

S2= 0,5⋅(OA)2⋅x = 0,5⋅x,

S3= 0,5⋅OA⋅DA = 0,5⋅tgx.

S1 < S2 < S3

Слайд 3

Так как то последнее неравенство справедливо и для Отсюда, в частности,

Так как
то последнее неравенство справедливо и для
Отсюда, в частности, следует, что
Оценим

разность:
Итак, по теореме о двух милиционерах, имеем:
Слайд 4

Второй замечательный предел Напомним, что Далее покажем, что Пусть х >1.

Второй замечательный предел

Напомним, что
Далее покажем, что
Пусть х >1. Положим

n = [х]. Тогда х = n + α, где 0≤α<1.
Тогда
Слайд 5

Найдем пределы последовательностей в левой и правой частях неравенства: Следовательно, по теореме «о двух милиционерах»

Найдем пределы последовательностей в левой и правой частях неравенства:
Следовательно, по теореме

«о двух милиционерах»
Слайд 6

Покажем, что Пусть х Итак, мы установили, что

Покажем, что
Пусть х < – 1. Сделаем замену х = –

у. Тогда
Итак, мы установили, что
Слайд 7

Замена переменной при вычислении пределов. ТЕОРЕМА. Пусть существуют Пусть, кроме того,

Замена переменной при вычислении пределов.

ТЕОРЕМА.
Пусть существуют
Пусть, кроме того, f(x) ≠ b

в некоторой проколотой окрестности точки а.
Тогда в точке а существует предел сложной функции
ПРИМЕР.
Слайд 8

Следствия замечательных пределов. Доказать, что: 1) Доказательство. 2) Доказательство. 3) 4)

Следствия замечательных пределов.

Доказать, что:

1)

Доказательство.

2)

Доказательство.

3)

4)

Доказательство.

Доказательство.

Пусть arcsinx = y.
Tогда y→0 при х→0;

x = siny.

Пусть arctgx = y.
Tогда y→0 при х→0; x = tgy

Слайд 9

. 5) 6) 7) 8) Доказательство. Доказательство. Доказательство. Доказательство. e, x

.

5)

6)

7)

8)

Доказательство.

Доказательство.

Доказательство.

Доказательство.

e, x → 0

→ lne = 1.

Пусть ex - 1 =

y.
Tогда y→0 при х→0; x = ln(1+y).
Слайд 10

. 9) 10) 11) Доказательство. Доказательство. Доказательство. Пусть y = (

.

9)

10)

11)

Доказательство.

Доказательство.

Доказательство.

Пусть y = ( 1+x)a - 1 = ealn(1+x) - 1.


Тогда (1+x)a = y + 1 ⇒ aln(1 + x) = ln(1+y).

1 при х → 0

→ а при х → 0.

Слайд 11

Сравнение функций. Функции одного порядка. Символ «О-большое». ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Пусть функции f(x)

Сравнение функций.

Функции одного порядка. Символ «О-большое».
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Пусть функции f(x) и

g(x) определены в некоторой проколотой окрестности точки а и отличны от нуля во всех точках этой окрестности. Эти функции называются функциями одного порядка при х → а, если существует
В этом случае будем использовать обозначения:
f(x) = О(g(x)) и g(x) = О(f(x)) при х → а.
ПРИМЕР.
f(x) = 100 + x; g(x) = cosx .
Это функции одного порядка при х → 0, так как

(читается «О-большое от g(x)»)

Слайд 12

Эквивалентные функции. ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Пусть функции f(x) и g(x) определены в некоторой

Эквивалентные функции.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Пусть функции f(x) и g(x) определены в некоторой проколотой

окрестности точки а и отличны от нуля во всех точках этой окрестности. Эти функции называются эквивалентными (асимптотически равными) при х → а, если
ПРИМЕРЫ.
1) sinx ~ x при х → 0 ;
2) ~ x2 при х → ∞.
Если сравниваемые функции обе бесконечно малые или бесконечно большие при х → а, то их эквивалентность означает, что скорость их стремления к нулю или к бесконечности одинакова.

В этом случае используют обозначение: f(x) ~ g(x) при х → а.

Слайд 13

Пусть α(х) – бесконечно малая при х → а функция. Тогда

Пусть α(х) – бесконечно малая при х → а функция. Тогда

при х → а

sin(α(х)) ~ α(х)
arcsin(α(х)) ~ α(х)
tg(α(х)) ~ α(х)
arctg(α(х)) ~ α(х)
1 – cos(α(х)) ~ α2(х)/2
ln(1+α(х)) ~ α(х)
eα(х) – 1 ~ α(х)
sh(α(х)) ~ α(х)
(1 + α(х))k – 1 ~ kα(х)

Слайд 14

ТЕОРЕМА. (Замена функций на эквивалентные при вычислении предела.) Пусть f(x) ~

ТЕОРЕМА. (Замена функций на эквивалентные при вычислении предела.)
Пусть f(x) ~ f1(x),

g(x) ~ g1(x) при х → а.
Тогда, если существует , то существует и ,
причем
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО.
Последнее преобразование правомерно, так как обе функции отличны от нуля в проколотой окрестности точки а.
Поскольку обе части равенства равноправны, то предел, стоящий в левой части равенства, существует тогда и только тогда, когда существует предел, стоящий в правой части.
Слайд 15

ПРИМЕРЫ. 1) 2) Если бы мы формально заменили функции, стоящие в

ПРИМЕРЫ.
1)
2)
Если бы мы формально заменили функции, стоящие в числителе дроби, на

эквивалентные, то получили бы следующий результат:
Итак, в случае суммы или разности функций замену их на эквивалентные при вычислении предела производить нельзя!!!
Слайд 16

Понятие функции, бесконечно малой по сравнению с другой функцией. Символ «о-малое».

Понятие функции, бесконечно малой по сравнению с другой функцией. Символ «о-малое».

Пусть

функции f(x) и g(x) определены в некоторой проколотой окрестности точки а и g(x) отлична от нуля во всех точках этой окрестности. Если
то функция f(x) называется бесконечно малой по сравнению с g(x) при х → а. При этом используется обозначение
f(x) = о(g(x)) при х → а.
В частности запись f(x) = о(1) означает, что f(x) – бесконечно малая при х → а.
ПРИМЕР.
х4 = o(x2) при х → 0, так как

(читается «о-малое от g(x)»)

Слайд 17

Свойства символа «о-малое». Отметим некоторые важные свойства символа о(g(x)), считая, что

Свойства символа «о-малое».

Отметим некоторые важные свойства символа о(g(x)), считая, что х

→ а, а равенства, содержащие этот символ, читаются слева направо (здесь С – постоянная):
o(C⋅g(x)) = o(g(x))
C⋅o(g(x)) = o(g(x))
o(g(x)) + o(g(x)) = o(g(x))
o( g(x) + o(g(x)) )= o(g(x))
o(gm(x))⋅o(gn(x)) = o(gm+n(x)) ( m, n∈ N)
gm-1(x)⋅o(g(x)) = o(gm(x)) (m∈ N)
(o(g(x))n = o(gn(x)) (n∈ N)
o(gn(x)) / g(x) = gn-1(x) (n∈ N, g(x) ≠ 0)
Слайд 18

Асимптотическое представление функций. ТЕОРЕМА. f(x) ~ g(x) при х → а

Асимптотическое представление функций.

ТЕОРЕМА.
f(x) ~ g(x) при х → а ⇔

f(x) = g(x) + о(g(x)) при х → а.
Доказательство.
Пусть f(x) ~ g(x) при х → а, то есть
Это значит, что
То есть f(x) = g(x) + о(g(x)) при х → а.
Пусть f(x) = g(x) + о(g(x)) при х → а.
Тогда
Слайд 19

Пусть α(х) →0 при х → а. Тогда при х →

Пусть α(х) →0 при х → а. Тогда при х →

а

sin(α(х)) = α(х) + о(α(х) )
arcsin(α(х)) = α(х) + о(α(х) )
tg(α(х)) = α(х) + о(α(х) )
arctg(α(х)) = α(х) + о(α(х) )
1 – cos(α(х)) = α2(х)/2 + о(α2(х) )
ln(1+α(х)) = α(х) + о(α(х) )
eα(х) – 1 = α(х) + о(α(х) )
sh(α(х)) = α(х) + о(α(х) )
(1 + α(х))k – 1 = kα(х) + о(α(х) )

Другая форма таблицы эквивалентных бесконечно малых.

Слайд 20

ПРИМЕР. Используя асимптотические представления функций, найдем предел

ПРИМЕР.
Используя асимптотические представления функций, найдем предел