Transcript pps
Предел и непрерывность функции. Замечательные пределы. I. Первый замечательный предел lim x 0 sin x 1 x Доказательство: Обозначим M x B 0 x 2 C 1 0 MOB x , A S MOA S сектора MOA S COA S MOA S сектора M MOA S COA C 1 x 0 B A S MOA S сектора 1 OA MB 2 1 1 sin x 2 1 sin x 2 1 1 OA A M 1 x x 2 2 2 1 MOA S COA 1 2 OA AC 1 2 1 tan x 1 2 tan x S MOA S сектора M 1 x B S COA C 1 0 MOA A sin x 2 1 x 2 1 tan x 2 sin x x tan x 1 1 x 1 sin x cos x sin x cos x x : sin x 2 sin x 1 cos x x M C 1 x 0 B A lim cos x 1, lim 1 1 x 0 x 0 На основании теоремы о пределах (7) lim x 0 sin x x 1 Вычисление пределов функций 1) Вычислить lim lim x 0 x lim x 0 1 lim x 0 1 x tan x x 0 tan x sin x x tan x lim 1 x 0 x lim x 0 sin x x sin x x cos x lim x 0 1 cos x 1 1 1 Вычисление пределов функций 2) Вычислить lim x 0 5 4 5x lim x 0 x 0 4x sin 4 x 5 4 x 0 4x 5 lim sin 4 x lim x sin 4 x x x 0 sin 4 x x 0 1 5x lim 5 lim lim sin x 1 sin 4 x 4x x 0 4 sin 4 x 5 1 4 lim x 0 5 1 5 sin 4 x 4 1 4 4x x II. Второй замечательный предел 1 lim 1 e x x • Теорема 1. Переменная величина 1 1 n n при n→∞ имеет предел, заключенный между 2 и 3. n 1 2 1 3 n • Определение. Предел переменной величины n→∞ называется числом е: 1 1 n n при 1 e lim 1 n n Из теоремы 1 и определения следует, что n 2 e3 Число е- иррациональное : е=2,7182818284… • Теорема 2. Функция 1 1 x равный числу е. x при х→∞ имеет предел, x 1 lim 1 e x x x 1 lim 1 e x x Доказательство: • 1) пусть х→+∞ n x n 1 1 n 1 1 x 1 1 n 1 1 n 1 1 n 1 x n 1 1 1 n 1 x 1 1 1 1 x n 1 n Если х→∞ , то и n→∞. 1 lim 1 n n n 1 n 1 1 lim 1 1 n n n n 1 1 lim 1 lim 1 e 1 e n n n n 1 1 n 1 n 1 lim 1 lim n n 1 n 1 1 n 1 n 1 n 1 1 lim 1 n n 1 1 lim 1 n n 1 e 1 e 1 lim 1 x x На основании теоремы о пределах (7): x e 2) пусть х→-∞. Введем t x 1 При t→+∞ ,будет х→-∞. x 1 1 lim 1 lim 1 x t x t 1 t 1 lim t t t 1 1 lim 1 t t x t 1 t 1 t 1 t lim t t 1 t t 1 1 1 lim 1 1 e 1 e t t t Теорема доказана. y 1 y 1 x e 1 -1 0 x x x 1 lim 1 e x x • Если 1 , то при х→∞ имеем α→0 . x Тогда lim 1 0 1 e Вычисление пределов функций 1) Вычислить 1 lim 1 x x 3x 1 lim 1 x x x 1 lim 1 e x x 3x 3 3 1 1 3 lim 1 lim 1 e x x x x x x Вычисление пределов функций 2) Вычислить 2 lim 1 x x x 1 lim 1 e x x x пусть х=2t, тогда 2 lim 1 x x x 1 lim 1 t t 2t 1 lim 1 t t t 2 e 2 Экспонента (exponential function) y e • • • • механика (теория колебаний) электротехника радиотехника радиохимия и т.д. x Непрерывность функции. x, x 3 y f ( x) x 2, x 3 Пример 1. y 6 5 если х→1, то f(x)→f(1)=1 3 1 0 1 3 4 x если х→4, то f(x)→f(4)=6 если х→3? если х→3-, то f(x)→3 если х→3+, то f(x)→5 Функция в точке х=3 претерпевает разрыв. y f ( x) x Пример 2. 2 y 9 если х→3-, то f(x)→f(3)=9 если х→3+, то f(x)→f(3)=9 0 3 x lim f ( x ) lim f ( x ) lim f ( x ) 9 f ( 3 ) x 3 x 3 Функция f(x) в точке х=3 непрерывна. x 3 Определение 1. • Функция f(x) называется непрерывной в точке х0, если lim f ( x ) f ( x 0 ) x x0 (функция непрерывна в точке х0, если предел функции при х→х0 равен значению функции от предела аргумента). Если равенство не выполняется, то говорят, что функция f(x) в точке х=х0 имеет разрыв. Исследовать данную функцию на непрерывность 1 x, x 0 f ( x ) 0, 0 x 2 x 2, x 2 Для х1=0: 1 x 1 x 0 x 0 lim f ( x ) lim 0 0 x 0 x 0 lim f ( x ) lim lim f ( x ) lim f ( x ) x 0 x 0 lim f ( x ) x 0 Функция f(x) в точке х1=0 имеет разрыв. не существует 1 x, x 0 f ( x ) 0, 0 x 2 x 2, x 2 Для х2=2: lim f ( x ) lim 0 0 lim f ( x ) lim x 2 0 x 2 x 2 x 2- x 2 f ( x 0 ) f (2) 0 т.е. lim f ( x ) lim f ( x ) lim f ( x ) 0 x 2 x 2 lim f ( x ) f ( x 0 ) x x0 Функция f(x) в точке х2=2 непрерывна. x 2 1 x, x 0 f ( x ) 0, 0 x 2 x 2, x 2 y 1 0 2 x lim f ( x ) f ( x 0 ) x x0 так как то x 0 lim x x x0 , lim f ( x ) f ( lim x ) x x0 x x0 Если функция непрерывна, то при отыскании её предела можно вместо аргумента подставить его предельное значение. lim f ( x ) f ( lim x ) x x0 Вычислить предел функции: lim x 0 ln 1 x x lim x 0 x x0 ln 1 x x 1 lim x 0 1 x ln 1 x lim ln 1 x x 0 1 x ln lim 1 x x 0 x ln e 1 Определение 2. • Функция f(x) называется непрерывной, если бесконечно малому приращению аргумента отвечает бесконечно малое же приращение функции lim y 0 y x 0 y=f(x) f(x)=f(x0+Δx) Δy x x x0 приращение аргумента f(x0) 0 y f ( x) f ( x0 ) f ( x0 x) f ( x0 ) Δx x0 x=x0+Δx x приращение функции Сравнение бесконечно малых. Пусть при х→х0 функции α(х)→0 и β(х)→0. Тогда: 1) если lim x x0 бесконечно чем β(х). ( x) ( x) 0 , то α(х) называется малой более высокого порядка, (α(х) имеет более высокий порядок малости, чем β(х)) пример. Пусть ( x) x , n lim x 0 ( x) (x) lim x 0 ( x) x, x n 1, x 0 n x α(х) есть бесконечно порядка, чем β(х). lim x x 0 n 1 0 малая более высокого 2) если lim x x0 ( x) ( x) a 0 a R , то α(х) и β(х) называются бесконечно малыми одного порядка . Пример. Функции sin3x и sinx являются при х→0 бесконечно малыми одного порядка, т.к. lim x 0 sin 3 x sin x lim x 0 3 x sin 3 x 3 x sin x 3 lim x 0 sin 3 x 3x lim x 0 x sin x 3 3) если lim x x0 ( x) ( x) 1 , то α(х) и β(х) называются эквивалентными бесконечно малыми. (α(х)∽ β(х)) Пример. Функции sinx и x являются при х→0 эквивалентными бесконечно малыми (sinx∽x) , т.к. lim x 0 sin x x 1 Пример. Функции ln(1+x) и x являются при х→0 эквивалентными бесконечно малыми (ln(1+x)∽x) , т.к. lim x 0 ln 1 x x 1 lim x 0 1 x ln 1 x lim ln 1 x x x 0 1 x ln lim 1 x x 0 ln e 1 4) если lim x x0 ( x) ( x) n , то α(х) называется a 0 бесконечно малой n-го порядка относительно β(х) Пример. Функция 1-cosx является при х→0 бесконечно малой второго порядка малости по отношению к бесконечно малой x , т.к. lim x 0 1 cos x x 2 2 2 sin lim x 0 x 2 x sin 1 2 lim 2 2 x 0 x 2 x 2 1 2 Для бесконечно больших функций имеют место аналогичные правила сравнения. Пример. Функция ( x ) x 2 4 является при х→∞ бесконечно большой более низкого порядка, чем 3 , т.к. ( x) x 2 lim x (x) ( x) x 4 1 2 lim x x 2 3 lim x x 4 2 1 x lim 0 x x 2 x 2 Примеры эквивалентных бесконечно малых функций:. sin x ~ x ln(1+x) ~ x tan x ~ x e x-1 ~ x arcsin x ~ x a x-1 ~ x lna arctan x ~ x 1-cos x ~ x2/2 Найти предел, используя эквивалентные бесконечно малые функции: 1) lim ln 1 x x 0 x x e 1 e 1 lim x 0 arctan 3 x arctan x 2x 2) ln 1 x x lim x 0 x x lim 1 1 x 0 x 2x 2 2 lim lim x 0 3 3 x x 0 3 x