Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Высшая математика.Практикум.pdf
Скачиваний:
264
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

5.103.

5.105.

5.107.

5.109.

5.111.

5.113.

5.115.

5.117.

1

lim 3 +5x x ; x→0 3 + 2x

lim 3x22 −6x + 7 −x+1; x→∞ 3x + 20x −1

lim (3x −1)[ln(x −3) −ln x];

x→∞

lim

ax − a

;

 

 

 

 

x −1

 

 

 

x→1

 

 

 

 

 

lim loga x −1

;

 

 

x→a

 

 

x − a

 

 

 

lim

xx −1

;

 

 

 

xln x

 

 

 

 

x→1

 

 

 

 

lim cosαx −cos βx

, α ≠ β ;

x→0

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

− 2cos x

 

 

lim

 

 

2

;

 

 

 

π − 4x

 

 

π

 

 

 

 

 

x→4

 

 

 

 

5.104.

5.106.

5.108.

5.110.

5.112.

5.114.

5.116.

5.118.

 

 

5

− x x+2

 

lim

6

 

 

;

 

x→∞

− x

 

 

 

1

 

 

 

 

lim

 

ln

2 + x

;

2x

2 − x

x→0

 

 

lim x(ln(a + x) −ln x) ;

x→∞

lim ln x −1 ;

x→e x −e

1

lim (1−sin x)sin x ;

x→0

lim (2 −cos x)cosec2 x ;

x→0

limtg

πx sin

x −α

;

2

x→α

2α

 

1

lim 1+ tg x sin x . x→0 1+sin x

5.5. Сравнение бесконечно малых

 

Пусть α =α(x) и β = β(x)

есть бесконечно малые функции при x → x0 ,

т.е.

lim α(x) = lim β(x) = 0 . Для сравнения при

x → x0

двух

данных

 

x→x0

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

бесконечно малых функций находят предел их отношения lim

α(x) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0

β(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Если

lim

α(x) = 0,

то функция

α(x)

называется бесконечно малой

 

 

x→x0

β(x)

 

 

 

 

 

 

 

более

высокого порядка,

чем

β(x)

при

x → x0 .

В этом случае

пишут

α(x) = o(β(x)), x → x0 (читается: α(x) есть «о малое» от β(x) при x → x0 ).

168

 

2. Если lim

α(x) = C , где C – число, отличное от нуля, то функции α(x) и

 

 

x→x0

β(x)

 

 

 

β(x)

называются бесконечно малыми одного порядка при x → x0 , в частности,

если

lim

α(x)

=1, то функции α(x) и β(x)

называются эквивалентными

 

x→x0

β(x)

 

 

 

 

 

бесконечно малымипри x → x0 , что обозначается так: α(x) β(x), x → x0 .

 

 

 

 

 

 

 

Если lim

α(x) = ∞, то это означает, что

lim

β(x) = 0.

Таким образом,

 

 

x→x0

β(x)

x→x0

α(x)

 

β(x)

является

бесконечно малой более высокого

порядка,

чем α(x) при

x → x0 , т.е. β(x) = o(α(x)).

При решении многих задач используются следующие эквивалентности, верные при x → 0 :

sin x x, tg x x , arcsin x x , arctg x x ;

loga (1+ x) lnxa = xloga e , где a > 0, a ≠1, в частности ln(1+ x) x ; ax −1 xln a , где a > 0, в частности ex −1 x ;

(1+ x)m −1 mx .

Кроме того, имеет место следующий факт: если α(x) α1(x) , β(x) β1(x)

при x → x

 

, и существуют пределы lim α(x)β(x) и lim α(x) , то справедливы

0

 

 

 

 

x→x0

x→x0 β(x)

 

 

 

 

 

 

равенства

 

 

 

 

 

 

 

 

lim α(x)β(x) = lim α1(x)β(x) = lim α(x)β1(x) = lim α1(x)β1(x),

x→x0

 

 

 

x→x0

 

x→x0

x→x0

lim

α(x)

= lim

α1(x)

= lim

α(x)

= lim

α1(x) .

β(x)

β (x)

x→x0

x→x0

β(x)

x→x0

x→x0

β (x)

 

 

 

 

 

 

1

 

1

Таким образом, предел произведения или частного двух бесконечно малых функций не изменится, если каждую, или одну из них, заменить эквивалентной бесконечно малой.

169

Пример 5.14. Сравнить бесконечно малые при x → x0 величины α(x) и

β(x) , если:

1)α(x) = x3 −6x4 +9x2 , β(x) = 5x4 − x2 , x0 = 0 ,

2)α(x) = xsin3 x , β(x) = 5x2 sin x , x0 = 0 ;

3)α(x) = (x −1)ln x , β(x) = (x −1)2 , x0 =1.

Решение: 1) найдем предел отношения

lim

α(x)

= lim

x3

−6x4 +9x2

= lim

x −6x2 +9

= 9 . Предел отношения двух

β(x)

 

5x4 − x2

5x2

−1

x→x0

x→0

 

x→0

 

данных бесконечно малых функций является числом, отличным от нуля, следовательно, α(x) и β(x) есть бесконечно малые одного порядка при

x→ 0 ;

2)поступая так, как в пункте 1), находим

lim

α(x)

= lim

xsin3 x

= lim

sin2 x

=

1

lim

sin x

sin x =

1

1 0 = 0,

β(x)

5x2 sin x

 

5x

 

x

5

x→x0

x→0

 

x→0

 

 

5 x→0

 

 

 

следовательно α(x) = o(β(x)) при x → 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

3) имеет место цепочка равенств

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

α(x)

= lim

(x −1)ln x

= lim

ln x

 

= lim ln(1+ (x −1))

=1,

β(x)

(x −1)2

 

 

x→x0

x→1

 

x→1 x −1

 

x→1

x −1

 

 

 

откуда следует вывод о том, что α(x) β(x) при x →1.

Пример 5.15. Заменяя бесконечно малые эквивалентными, вычислить пределы:

1) lim

sin 2x

;

2) lim

ln(1+ 6xarcsin x)sin5x

;

3) lim

ln(x2 )

.

5x −1

 

(ex −1) tg x2

 

 

x4

−1

x→0

 

x→0

 

 

 

 

x→1

 

Решение: 1) поскольку sin 2x 2x , 5x −1 xln5 при x → 0 ,

 

 

справедливы равенства lim sin 2x

= lim

2x

=

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 5x −1

x→0 xln5

 

ln5

 

 

 

 

 

2) замечая, что 6xarcsin x → 0 при x → 0 , получим цепочку эквивалентностей: ln(1+ 6xarcsin x) 6xarcsin x 6x2 , а также sin5x 5x , (ex −1) x , tg x2 x2 при x → 0 , поэтому

170

lim

ln(1+ 6xarcsin x)sin5x

= lim

6x2 5x

= 30 ;

(ex −1) tg x2

x x2

x→0

x→0

 

3) при x →1 имеем x2 −1→ 0 , поэтому ln x2 = ln(1+ (x2 −1)) x2 −1, отсюда получаем равенства

lim

ln(x2 )

= lim

ln(1+ (x2 −1))

= lim

x2 −1

= lim

1

 

=

1

.

x4 −1

(x2 −1)(x2 +1)

(x2 −1)(x2 +1)

 

 

2

x→1

x→1

x→1

x→1 x2 +1

 

 

Задачи для самостоятельного решения

Сравнить бесконечно малые при x → x0 величины α(x) и β(x) , если

5.119. α(x) = x2 sin2 x , β(x) = xsin3 x , x0 = 0 .

5.120. α(x) = x3 − 4x , β(x) = x + x4 , x0 = 0 .

5.121. α(x) = (x −5)2 , β(x) = (x −5)3 , x0 = 5.

5.122. α(x) = sin(x −1)2 , β(x) = arcsin(x −1), x0 =1. 5.123. α(x) =1−cos x , β(x) = x22 , x0 = 0 .

5.124. α(x) = 4x −1, β(x) = 5x −1, x0 = 0 .

Найти пределы, используя эквивалентные бесконечно малые:

5.125. lim tg6x .

 

5.126. lim

xarcsin3x

.

 

 

 

 

x→0

2x

 

x→0

5sin2 x

 

 

 

5.127. lim ln(1+ 2x) .

 

 

 

− 2

.

5.128. lim

 

x + 4

 

 

 

x→0

arcsin3x

 

x→0

 

sin 2x

 

 

 

 

 

 

−1

 

 

1−cos3 x

 

 

 

5.129. lim

 

cos x

.

5.130. lim

.

 

 

sin2 2x

 

 

4x2

 

 

x→0

 

x→0

 

 

 

 

171

5.131.

lim

tg x −sin x

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 x(1−cos2x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 2

.

 

 

 

 

 

 

5.133.

lim

 

 

4 + x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

3arctg x

 

 

 

 

 

 

 

5.135. lim lncosax .

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 lncosbx

 

 

 

 

 

 

 

5.137. lim

sin(ex−1 −1)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x

 

 

 

 

 

 

x→1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.139. lim

(7x −1)(2x −1)

.

 

 

(4x

−1)(3x

−1)

 

 

 

x→0

 

 

 

5.141. lim

 

 

 

arctg2 3xln(1− x3)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−1)

 

x→0 tg9x(1−cos2x)(ex2

 

5.143. lim

ln(1

+ x −3x2 + 2x3)

.

 

 

 

 

 

+3x − 4x2 + x3)

 

 

x→1 ln(1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

−

2

 

 

 

 

 

5.145. lim

8 +3x

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

4 16 +5x − 2

 

 

 

 

5.147. lim ln(2 −cos2x) .

 

 

 

 

x→0 ln2 (sin3x +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

5.149. lim(cos2x)

x2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.151. lim x

cos

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.132.

5.134.

5.136.

5.138.

5.140.

5.142.

5.144.

5.146.

5.148.

5.150.

5.152.

lim

x(1− tg x)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

cos2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

lncos x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 ln(1+ x2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

1+ x2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−1

.

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

1+sin3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

ln(1+ tg 2x)

 

 

 

 

 

 

 

lim arctg(x − 2) .

 

 

 

 

 

 

 

x→2

 

x2 − 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 3

 

 

ln(1+3x)

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

x

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)2 (e53

 

 

 

 

 

(arctg

 

 

x −1)

 

x→0

x

 

 

lim

 

 

 

 

 

5

(1+ x)3

−1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0 (1+ x)3 (1+ x)2

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

1+ x + x2

−1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 4x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

ln(1+ 2x −3x2 + 4x3)

.

ln(1− x + 2x2 −7x3)

 

x→0

 

 

2

lim(cos x)x .

x→0

lim( 2 arccos x)1

x→0 π

x .

172