Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1k1s_lim.pdf
Скачиваний:
55
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
511 Кб
Скачать
☆

=[tg x x, sin x x ï ðè x →0]= lim

x

− lim

x

= lim

1

− lim

1

=[∞ −∞].

 

 

 

 

x→0 x3

x→0 x3

x→0 x2

x→0 x2

 

2.5. Пределы, содержащие тригонометрические функции

При вычислении пределов, содержащих тригонометрические функции, как правило, приходится обращаться к таблице эквивалентностей, предварительно преобразовав выражение с помощью тригонометрических формул.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2.20. Вычислить

 

lim

 

 

 

2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 arcsin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

0

 

 

 

 

 

sin

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

lim

 

2

 

 

 

=

=

lim

 

2

 

 

 

2

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 arcsin

 

 

 

 

 

 

x→0 arcsin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= sin

x

 

x

 

 

x2

 

 

x2

 

ï ðè x →0 = lim

 

 

x

 

 

x

 

 

 

x2

 

 

2

= 1 .

 

, arcsin

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

= lim

 

4

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

2 2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

x2

 

x→0 x2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Пример 2.21. Вычислить

 

lim tg x −sin x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Вычислить этот предел в 2.4 не удалось. Рассмотрим другой путь рассуждений. С помощью преобразований перейдем в числителе от разности бесконечно малых к произведению бесконечно малых и заменим эквивалентными в произведении.

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim tg x −sin x =

0

 

= lim cos x −sin x =

lim sin x −sin xcos x =

 

 

 

 

x→0

x3

 

 

 

 

x→0

x3

x→0

x3 cos x

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

sin x(1 −cos x)

 

 

 

 

1

 

 

x

1

x

2

 

 

 

 

 

x2

при x →0]= lim

2

 

 

= lim

 

 

 

 

 

=

sin x x, 1 −cos x

 

 

 

 

 

=

x3 cos x

 

 

 

2

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 x3 cos x

= lim

1

= 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В некоторых случаях применение тригонометрических преобразований позволяет раскрыть неопределенность, не обращаясь к таблице эквивалентностей.

25

 

 

 

 

 

cos

x

−sin

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Пример 2.22. Вычислить

lim

 

 

2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Так как cos

π

−sin π

=

2

 

−

2

= 0

и cos

π

= 0 , то имеем неоп-

4

2

 

2

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ределенность 00 . Имеет смысл преобразовать знаменатель по формуле

cos x = cos2 2x −sin2 2x , а потом разложить знаменатель на множители как раз-

ность квадратов. После сокращения общего множителя в числителе и знаменателе, неопределенность уйдет:

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

−sin

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

cos

 

 

−sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

2

 

2

 

=

= lim

2

2

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→π2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

x→π2 cos2

−sin2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

−sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

= limπ

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

= limπ

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

=

.

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

x

 

x

 

 

 

 

 

2

x→2 cos

 

 

−sin

 

 

 

 

cos

 

 

 

+sin

 

 

x→2 cos

 

+sin

 

 

 

 

2

+

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

2

 

2

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

− x

 

tg x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2.23. Вычислить lim

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Известно,

 

что

lim tg x = ∞.

 

Выражение, стоящее под знаком

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предела, дает неопределенность 0 ∞ при x → π2 . Уничтожить неопределен-

ность только посредством преобразований, как это было сделано примере 2.22, не удастся. Сделаем замену переменной так, чтобы новая переменная

стремилась к нулю. Положим y = x −

π

, y →0

при

x →

π

, а

x = y +

π

. Да-

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

π

= −ctg y :

 

 

 

лее воспользуемся формулой приведения tg y +

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

π

 

∞]=

 

y = x −

π

, y →0

 

= lim

 

π

=

 

− x tg x =[0

 

2

 

(−y)tg y +

 

x→π 2

 

 

 

 

y→0

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

= lim y ctg y = lim

y cos y

=[sin y y, y →0]= lim

y cos y

= lim cos y =1.

sin y

y

y→0

y→0

y→0

y→0

Замечание. Предел lim sin 3x также вычисляется путем замены пере- x→πsin 2x

менной: y = x −π и последующим применением формул приведения. Однако было бы ошибкой сразу прибегнуть к таблице эквивалентностей: sin 3x 3x, sin 2x 2x . Дело в том, что аргументы данных функций – 2x и 3x не являются бесконечно малыми при x → π.

2.6.Пределы выражений, содержащих показательную, логарифмическую и степенную функции

Пример 2.24. Вычислить lim 3x −3−x . x→0 x

Решение. Так как 30 =1, то выражение, стоящее под знаком предела, при x →0 дает неопределенность 00 . Воспользуемся свойствами показательной

функции: ax a y = ax+y ,

a−x =

1

 

 

и преобразуем числитель дроби следую-

ax

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3x 3x −1

 

32x −1

 

 

 

щим образом: 3x −3−x =

3x −

 

 

=

 

 

3x

=

 

3x

 

. Тогда

 

 

3x

 

 

 

 

 

 

 

lim

3x −3−x

 

0

 

32x −1

=

32x −1

2xln 3 при x →0]= lim

2xln 3

=

x

=

= lim

 

 

 

 

x→0

 

0

x→0 3x x

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 3x x

 

= lim 2 ln 3

= 2 ln 3

= 2ln 3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 3x

 

1

 

 

 

 

 

 

 

x ln (x + 2)

 

 

 

 

 

 

Пример 2.25. Вычислить

lim

−ln x .

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

Решение. В скобках воспользуемся свойством логарифмической функ-

ции: loga N1 −loga N2 = loga N1 и выделим в аргументе логарифма единицу:

N2

ln (x + 2)−ln x = ln

x + 2

 

 

2

 

 

 

2

 

 

= ln 1

+

 

Легко видеть, что

ln 1

+

 

→ln1 = 0 , а

x

 

 

 

x

 

 

 

x

 

выражение α(x) = 2x →0 при x →∞. По таблице эквивалентностей имеем:

27

 

+

2

 

2

при x →∞,

lim

x ln (x + 2)−ln x =

 

 

 

 

ln 1

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2

 

 

 

2

 

=[∞ 0]= lim x

2

 

 

 

= lim xln

 

 

 

 

= lim xln 1 +

x

 

x

= 2 .

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

x

x→∞

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

Пример 2.26. Вычислить lim

ln x −1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→e

x −e

 

 

 

 

 

Решение. Поскольку по определению логарифма ln e =1, надо раскрыть

неопределенность

0 . Введем новую переменную, так чтобы она стремилась

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к нулю и сделаем замену в пределе:

 

 

ln (y +e)−1

 

lim

ln x −1

= 0

=[y = x −e, y →0 при x →е, x = y + e]= lim

=

x −e

 

x→e

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

y→0

y

=

[

ln e =1 =

lim

ln (y +e)−ln e

=

ln N −ln N

 

= ln

 

N1

 

 

=

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

]

 

 

y→0

 

 

y

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

+1

 

y

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

при y

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

=

lim

 

 

 

 

 

= ln

 

+1

 

 

 

→0

= lim

 

 

 

=

 

 

y

 

 

 

 

e

 

y

e

 

y→0

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

y→0

 

 

 

 

 

 

Пример 2.27. Вычислить lim

3 x4

−1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 x

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y +e

 

 

ln

 

 

 

e

 

lim

 

 

=

 

y

 

y→0

 

 

= e−1.

Решение. Применим к степенным выражениям соотношение

m

 

n

m

x

= x n

 

 

 

и сделаем в пределе замену

y = x −1 с целью воспользоваться эквивалентно-

стью (y +1)m −1 m y при y →0 . Тогда lim

3 x4 −1

=

0

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→1

5 x −1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

−1

 

(y +1)

 

 

−1 =

 

 

 

 

3

 

 

 

 

= lim

=[y = x −1, y →0 ï ðè x →1, x = y +1]= lim

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

y→0

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

x→1 x5

 

 

 

 

 

 

 

 

(y +1)5

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

4

 

1

 

1

 

 

 

 

4 y

 

4 5

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

= (y +1)3 −1

 

y,

(y +1)5

−1

 

y ï ðè y →0

= lim

 

 

=

 

 

 

=

 

 

.

 

 

 

3

5

1

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y→0

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]