Мы уже начали разбираться с пределами и их решением. Продолжим по горячим следам и разберемся с решением пределов по правилу Лопиталя. Этому простому правилу по силам помочь Вам выбраться из коварных и сложных ловушек, которые преподаватели так любят использовать в примерах на контрольных по высшей математике и матанализу. Решение правилом Лопиталя – простое и быстрое. Главное – уметь дифференцировать.
Правило Лопиталя: история и определение
На самом деле это не совсем правило Лопиталя, а правило Лопиталя-Бернулли. Сформулировал его швейцарский математик Иоганн Бернулли, а француз Гийом Лопиталь впервые опубликовал в своем учебнике бесконечно малых в славном 1696 году. Представляете, как людям приходилось решать пределы с раскрытием неопределенностей до того, как это случилось? Мы – нет.
Кстати, о том, какой вклад внес в науку сын Иоганна Бернулли, читайте в статье про течение жидкостей и уравнение Бернулли.
Прежде чем приступать к разбору правила Лопиталя, рекомендуем прочитать вводную статью про пределы в математике и методы их решений. Часто в заданиях встречается формулировка: найти предел, не используя правило Лопиталя. О приемах, которые помогут Вам в этом, также читайте в нашей статье.
Если имеешь дело с пределами дроби двух функций, будь готов: скоро встретишься с неопределенностью вида 0/0 или бесконечность/бесконечность. Как это понимать? В числителе и знаменателе выражения стремятся к нулю или бесконечности. Что делать с таким пределом, на первый взгляд – совершенно непонятно. Однако если применить правило Лопиталя и немного подумать, все становится на свои места.
Но сформулируем правило Лопиталя-Бернулли. Если быть совершенно точными, оно выражается теоремой. Правило Лопиталя, определение:
Если две функции дифференцируемы в окрестности точки x=a обращаются в нуль в этой точке, и существует предел отношения производных этих функций, то при х стремящемся к а существует предел отношения самих функций, равный пределу отношения производных.
Запишем формулу, и все сразу станет проще. Правило Лопиталя, формула:
Так как нас интересует практическая сторона вопроса, не будем приводить здесь доказательство этой теоремы. Вам придется или поверить нам на слово, или найти его в любом учебнике по математическому анализу и убедится, что теорема верна.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Раскрытие неопределенностей по правилу Лопиталя
В раскрытии каких неопределенностей может помочь правило Лопиталя? Ранее мы говорили в основном о неопределенности 0/0. Однако это далеко не единственная неопределенность, с которой можно встретиться. Вот другие виды неопределенностей:
Рассмотрим преобразования, с помощью которых можно привести эти неопределенности к виду 0/0 или бесконечность/бесконечность. После преобразования можно будет применять правило Лопиталя-Бернулли и щелкать примеры как орешки.
Неопределенность вида бесконечность/бесконечность сводится к неопределенность вида 0/0 простым преобразованием:
Пусть есть произведение двух функций, одна из которых первая стремиться к нулю, а вторая – к бесконечности. Применяем преобразование, и произведение нуля и бесконечности превращается в неопределенность 0/0:
Для нахождения пределов с неопределенностями типа бесконечность минус бесконечность используем следующее преобразование, приводящее к неопределенности 0/0:
Для того чтобы пользоваться правилом Лопиталя, нужно уметь брать производные. Приведем ниже таблицу производных элементарных функций, которой Вы сможете пользоваться при решении примеров, а также правила вычисления производных сложных функций:
Теперь перейдем к примерам.
Пример 1
Найти предел по правилу Лопиталя:
Пример 2
Вычислить с использованием правила Лопиталя:
Важный момент! Если предел вторых и последующих производных функций существует при х стремящемся к а, то правило Лопиталя можно применять несколько раз.
Найдем предел (n – натуральное число). Для этого применим правило Лопиталя n раз:
Желаем удачи в освоении математического анализа. А если Вам понадобится найти предел используя правило Лопиталя, написать реферат по правилу Лопиталя, вычислить корни дифференциального уравнения или даже рассчитать тензор инерции тела, обращайтесь к нашим авторам. Они с радостью помогут разобраться в тонкостях решения.
Назначение сервиса. Данный сервис предназначен для решения пределов, используя правило Лопиталя. Результаты вычисления оформляются в формате Word (см. пример).
Это поле предназначено для ввода числителя дроби.
Правила ввода функций:
Например, x2+3x
, записываем как x^2+3*x; ln(1+sin2x)
≡ ln(1+sin(x)^2)
Это поле предназначено для ввода знаменателя дроби. Если знаменатель отсутствует, можно оставить это поле пустым или указать 1.
Правила ввода функций:
Пример. Найти .
Решение.Сначала убедимся, что правило Лопиталя применить можно. Действительно, величины, стоящие в числителе и знаменателе при x → π/4 являются бесконечно малыми, то есть имеем неопределенность вида 0/0, следовательно можно воспользоваться правилом Лопиталя:
Пусть дана функция
y=f(x);
производная от этой функции
y′=f′(x).
Производная от этой производной
называется производной
второго порядка
функции y=f(x),
которая обозначается как y“
или f“(x)=.
Аналогично
определяются производные более высокого
порядка f
(n)(x)=.
Правила Лопиталя
Первое правило.
Неопределенность
.
Если
,
то.
Второе правило.
Неопределенность
.
Если
,
то.
Неопределенности
вида 0∞; ∞-∞; 1∞;00
сводятся к неопределенностям
,путем алгебраических преобразований.
______________
4.5.1. Найти производные
второго порядка:
а)
y=cos2x;
б)
y=arctgx2 ;
в)
;
г)
;
д).
4.5.2. Найти f‘(0),
f“(0),
f“‘(0)
если f(x)=e2xsin3x.
4.5.3. Вывести формулу
для производной n
– го порядка для функций:
а) y=xm;
б) у=ах.
Ответ: а) у
(n)=m(m–1)…(m–n+1)xm–n.
б) y(n)=ax(lna)n.
4.5.4. Найти пределы:
а)
;
б);
в)
;
г);
д)
;
е);
ж)
;
з);
и)
;
к).
Ответ: а)
;
б) 1; в) ∞; г) 1/2; д) 1; е)1; ж) 1; з)0; и) 1; к)1.
_________________
4.5.5. Найти производные
второго порядка:
а) у=(х2-10х+5)5;
б) y=sin2x;
в)
;
г)у=ln(x3-2x2+4).
4.5.6. Найти выражение
для n-й
производной следующих функций:
а) у=3х;
б) у=cosx;
в) y=sin2x.
4.5.7. Найти пределы:
а)
; б);
в)
;
г);
д)
;
е);
ж)
;
з);
и)
;
к).
Ответ: а) 1; б) 0; в)0;
г)10; д) -1/3; е)∞; ж) -1; з) 1; и) 1; к)1.
§4.6. Монотонность функций. Экстремумы. Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
Функция f(x)
называется возрастающей
в точке х0,
если в некоторой
– окрестности этой точки f(x0–h)<f(x0)<f(x0+h).
Убывающей
– если f(x0+h)<f(x0)<f(x0–h),
где 0<h<.
Функция f(x)
называется возрастающей
на отрезке [a,b],
если для любых х1
и х2
этого отрезка из неравенства х1>х2
следует неравенство f(х1)>f(х2).
Если же из неравенства х1>х2
следует, что f(х1)<f(х2),
то функция f(x)
– убывающая на отрезке [a,b].
Можно сформулировать
достаточные признаки возрастания и
убывания функции y=f(x)
Если y‘>0
для всех х[a,b],
то функция возрастает на [a,b];
при y‘<0
для х[a,b],
то функция на [a,b]
убывает.
Функция f(x)
может иметь экстремум лишь в тех точках,
в которых f‘(x)=0
или не существует. Такие точки называются
критическими, или стационарными, или
подозрительными на экстремум. Равенство
нулю первой производной данной функции
является необходимым условием
существования экстремума.
В качестве
достаточного условия существования
экстремума в критической точке х0
можно принять смену знака первой
производной при переходе через критическую
точку, при этом, если знак меняется с +
на -, то в точке х0
– максимум, если с – на + , то в точке х0
– минимум.
Если производная
y‘
знак не меняет при переходе через точку,
подозрительную на экстремум, то экстремума
в этой точке нет.
Для отыскания
наибольшего и наименьшего значений
функций у=f(x)
на отрезке
[a,b]
необходимо найти критические точки,
принадлежащие [a,b].
Вычислить значения функции в этих
критических точках и на концах отрезка.
Из всех найденных значений выбираем
наибольшее и наименьшее.
__________________
4.6.1. Найти интервалы
монотонности следующих функций:
а) у=2-3х+х3;
б) у=хе-х;
в) у=(х-2)2(х+2);
г) y=ln(x2-2x+4).
Ответ: а) (-∞;-1)(1;∞)
– возрастает; (-1;1) – убывает;
б) (-∞;1) –
возрастает; (1;∞) – убывает;
в) (-∞;-1)(1;∞)
– возрастает; (-1;1) – убывает;
г) (-∞;1) –
убывает; (1;∞) – возрастает;
4.6.2. Найти экстремумы
функций:
а)
;
б)y=ln(x2+1);
в)
;
г)у=(х-1)6/7.
Ответ: а) уmin=y(0)=0;
ymax=;
б)
уmin=y(0)=0;
в)
уmax=y(1)=;
ymin=;
г)
уmin=y(1)=0.
4.6.3. Найти наибольшее
и наименьшее значения функций на заданном
отрезке:
а) у=х4+2х2+5,
х[-2,2];
б)
,х[-6,8];
в)
,х[0,4];
г) y=2tgx–tg2x,
х[0,π/2].
Ответ: а) 29,5; б) 10;
6; в) 3/5; -1; г) унаиб=1.
_______________
4.6.4. Найти интервалы
монотонности следующих функций:
а) у=(2-х)(х+1)2;
б) у=х3-6х+5;
в) у=х+е-х;
г) y=xlnx.
Ответ: а) (-∞;-1)(1;∞)
– убывает; (-1;1) – возрастает;
б) (-∞;-2)(2;∞)
– возрастает; (-2;2) – убывает;
в) (-∞;0) –
возрастает; (0;∞) – убывает;
г) (0;1/е)
– убывает; (1/е;∞)
– возрастает.
4.6.5. Найти экстремумы
функций:
а)
;
б).
Ответ:
а)
ymax=y(11/4)=13/4;
б)
ymin=y(e)=e.
4.6.6. Найти наибольшее
и наименьшее значения функций на отрезке:
а)
,х[0,4];
б)
,х[0,1];
в)
,х[0,1].
Ответ: а) 8;0; б) 1;
3/5; в) π/4; 0.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
В задачах на пределы можно столкнуться с ситуациями, разрешить которые достаточно просто, используя правило Лопиталя. Относительно простая закономерность является очень полезной, когда требуется найти ответ к заданию по математике или математическому анализу. При этом важно владеть навыками дифференцирования.
Правило Лопиталя — в чем суть, понятие
Название этой закономерности не совсем соответствует действительности. Было бы правильнее говорить «правило Лопиталя — Бернулли». Первая подробная формулировка была представлена швейцарским математиком Иоганном Бернулли. Французский ученый Гийом Лопиталь впервые опубликовал это правило в издании собственного учебника в 1696 году.
Правило Лопиталя позволяет существенно упростить некоторые расчеты предела отношения (displaystyle frac{f(x)}{g(x)}) при (xrightarrow a) в том случае, когда (f) и (g) одновременно представляют собой бесконечно малые, либо бесконечно большие величины. С помощью выведенной закономерности допустимо осуществлять замену предела отношения функции, используя предел отношения их производных.
Доказательство 1 и 2 правила Лопиталя, вывод теоремы
Теорема 1
Допустим, что функции (f(x)) и (g(x)) дифференцируются на промежутке ((a,b)):
(lim_{xrightarrow a+0}f(x)=0)
(lim_{xrightarrow a+0}g(x)=0)
(g'(x)neq 0 ) для всех ( xin(a,b))
Тогда имеет место конечный и бесконечный:
(lim_{xrightarrow a+0}frac{f'(x)}{g'(x)}=A)
Таким образом, также существует и равен A:
(displaystylelim_{xrightarrow a+0}frac{f(x)}{g(x)})
Можно сделать вывод:
(lim_{xrightarrow a+0}frac{f(x)}{g(x)}=lim_{xrightarrow a+0}frac{f'(x)}{g'(x)})(lim_{xrightarrow a+0}frac{f(x)}{g(x)}=lim_{xrightarrow a+0}frac{f'(x)}{g'(x)})
Докажем данную теорию.
Допустим, что (xin(a,b))
Следует доопределить функции (f(x)) и (g(x)) в точке a, имея в виду, что:
(f(a)=g(a)=0)
Таким образом, из условий функций следует, что (f) и (g) непрерывны на отрезке [a,x]. По теореме Коши имеется точка (xiin (a,x)), такая, что:
(frac{f(x)}{g(x)}=frac{f(x)-f(a)}{g(x)-g(a)}=frac{f'(xi)}{g'(xi)})
В том случае, когда (xrightarrow a+0), можно определить, что (xirightarrow a+0). Зная, что существует (displaystyle lim_{xrightarrow a+0}frac{f'(xi)}{g'(xi)}=A), можно сделать вывод о справедливости утверждения (eqref).
Теорема, доказательства которой представлены путем соответствующих изменений ее условий, работает, когда (xrightarrow a-0) и (xrightarrow a). Точка a в данном случае является конечной.
Теорема 1 остается справедливой в таких ситуациях, когда (a=+infty) или (a=-infty), а также:
(displaystyle lim_{xrightarrow +infty}f(x)=lim_{xrightarrow +infty} g(x)=0)
( g'(x)neq 0) при (x > x_0)и существует (displaystyle lim_{xrightarrow +infty}frac{f'(x)}{g'(x)}=A)
В этом случае (displaystyle lim_{xrightarrow +infty}frac{f(x)}{g(x)}=A)
Доказательство данного утверждения выполнено с помощью замены переменного (displaystyle x=frac{1}{t}) и Теоремы 1.
Теорема 2
Допустим, что функции (f(x)) и (g(x)) дифференцируются при (x > alpha) и (g'(x)neq 0) при (x > alpha)
(lim_{xrightarrow+infty}f(x)=infty,quad lim_{xrightarrow +infty}g(x)=infty)
и существует конечный:
(lim_{xrightarrow +infty}frac{f'(x)}{g'(x)}=A)
В таком случае, существует (displaystyle lim_{xrightarrow +infty}frac{f(x)}{g(x)}), равный A.
Таким образом:
(lim_{xrightarrow +infty}frac{f(x)}{g(x)}=lim_{xrightarrow +infty}frac{f'(x)}{g'(x)} )
Доказательство
Зная, что:
(existsalpha_{1} > alpha: forall x > alpha_{1}rightarrow |f(x)| > 1)
( |g(x)| > 1)
Исходя из записанного выражения, получим, что (f(x)neq 0) и ( g(x)neq 0) при (x > alpha_1).
Согласно определению, для заданного числа (varepsilon > 0) можно вычислить (delta=delta_1(varepsilon)geq alpha_1) такое, что для всех (t > delta_{1}) выполняется неравенство:
(A-frac{varepsilon}{2} < frac{f'(t)}{g'(t)} < A+frac{varepsilon}{2})
Определив (x_{0} > delta_{1}) на рисунке, выберем число (delta_{2} > x_{0}) такое, чтобы при всех (x > delta_{2}) выполнялись неравенства:
(left|frac{f(x_{0})}{f(x)}right| < frac{1}{2},quad left|frac{g(x_{0})}{g(x)}right| < frac{1}{2})
В качестве доказательства выражения нужно определить, что существует (delta) такое, при котором, если все (x > delta), выполняется неравенство:
(A-varepsilon < frac{f(x)}{g(x)} < A+varepsilon)
Число (delta) будет выбрано ниже. Учитывая, что (x > delta), можно применить к функциям (f) и (g) на интервале ([x_0,x]) теорему Коши о среднем. Согласно данному утверждению, должна существовать точка (xiin [x_{0},x]) такая, при которой:
(frac{f(x)-f(x_{0})}{g(x)-g(x_{0})}=frac{f'(xi)}{g'(xi)})
Преобразуем левую часть равенства:
(frac{f(x)-f(x_{0})}{g(x)-g(x_{0})}=frac{f(x)}{g(x)}(varphi(x))^{-1})
где (varphi(x)=frac{1-g(x_0)/g(x)}{1-f(x_0)/f(x)}=1+beta(x)).
Можно заметить, что (beta(x)rightarrow 0) при (xrightarrow +infty).
Таким образом:
(forall varepsilon > 0 existsdeltageqdelta_{2}: forall x > deltarightarrow|beta(x)| < frac{varepsilon/2}{|A|+varepsilon/2})
Исходя из того, что (xi > x_{0} > delta_{1}) и вышеуказанных выражений, следует, что для всех (x > delta_{2}) выполняется неравенство:
(A-frac{varepsilon}{2} < frac{f(x)}{g(x)}(varphi(x))^{-1} < A+frac{varepsilon}{2})
Когда (x > delta), получаем (phi(x) > 0.)
Таким образом, выведенное неравенство равносильно следующему:
((A-frac{varepsilon}{2})(1+beta(x)) < frac{f(x)}{g(x)} < (A+frac{varepsilon}{2})(1+beta(x)))
Исходя из этого утверждения, можно записать:
((A-frac{varepsilon}{2})(1+beta(x))=A-frac{varepsilon}{2}+left(A-frac{varepsilon}{2}right)beta(x)geq A-frac{varepsilon}{2}-left(|A|+frac{varepsilon}{2}right)|beta(x)| > A-frac{varepsilon}{2}-frac{varepsilon}{2}=A-varepsilon)
Аналогичным способом можно определить:
(left(A+frac{varepsilon}{2}right)(1+beta(x)) leq A+frac{varepsilon}{2}+left(|A|+frac{varepsilon}{2}right)|beta(x)| < A+varepsilon)
Получим, что для всех (x > delta) справедливо выведенное в теореме неравенство.
Теорема 2 работает при условии, что (A=+infty) или (A=-infty).
Теорема справедлива и в тех случаях, когда (xrightarrow a (xrightarrow a-0, xrightarrow a+0)), где a является конечной точкой.
Исходя из теорем 1 и 2, правило Лопиталя можно применять для раскрытия неопределенностей вида (displaystyle frac{0}{0}) или (displaystyle frac{infty}{infty}).
Неопределенности видов (0cdot infty, infty-infty, 0^{0}, infty^{0}, 1^{infty}) нередко удается преобразить в неопределенности типа (displaystyle frac{0}{0}) или (displaystyle frac{infty}{infty}), используя при этом различные преобразования.
Правило Лопиталя для вычисления пределов
Решить пределы можно различными методами и формулами. Наиболее быстрый и простой способ, а также универсальный — это правило Лопиталя. Умение искать производные разных функций позволит использовать данную закономерность наиболее эффективно. Можно сформулировать правило Лопиталя при следующих условиях:
- (lim limits_{x to a} f(x) = lim limits_{x to a} g(x) = 0 text{ или } infty)
- имеются (f'(a) text{ и } g'(a))
- (g'(x)neq0)
- присутствует (lim limits_{x to a} frac{f(x)}{g(x)})
В таком случае:
(lim limits_{x to a} frac{f(x)}{g(x)} = lim limits_{x to a} frac{f'(x)}{g'(x)})
Последовательность решения:
- нужно подставить точку x в предел;
- в том случае, когда получается (frac{0}{0} text{ или } frac{infty}{infty}), можно определить производную числителя и знаменателя;
- далее следует подставить точку x в записанный предел и рассчитать его. При получении неопределенности следует повторить пункты 2 и 3.
Раскрытие неопределенностей по правилу Лопиталя
В том случае, когда функции (f(x)) и (g(x)) дифференцируются в точке a, при этом (f(a)=g(a)=0) и (g'(a)neq 0), то, применяя к функциям (f) и (g) локальную формулу Тейлора при (n=1), получаем:
(f(x)=f'(a)(x-a)+o((x-a)))
(g(x)=g'(a)(x-a)+o((x-a)))
Таким образом:
(lim_{xrightarrow a}frac{f(x)}{g(x)}=frac{f'(a)}{g'(a)})
Аналогичным методом можно определить, что, при условии (f^{(n)}a) и (g^{(n)}a), получим:
(f(a)=f'(a)=ldots =f^{(n-1)}(a)=0)
(g(a)=g'(a)=ldots =g^{(n-1)}(a)=0)
Учитывая, что (g^{(n)}(a)neq 0), можно записать выражение:
(lim_{xrightarrow a}frac{f(x)}{g(x)}=displaystylelim_{xrightarrow a}frac{displaystyle frac{f^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^{n}+o((x-a)^n)}{displaystyle frac{g^{(n)}(a)}{n!}(x-a)^{n}+o((x-a)^n)}=frac{f^{(n)}(a)}{g^{(n)}(a)})
Правило Лопиталя применимо в случае неопределенностей типа (0 cdot infty, infty – infty, 0^0, 1^{infty}, infty^0.)
Первую и вторую неопределенности (0 cdot infty) и (infty – infty) достаточно просто преобразовать в (largefrac{0}{0}normalsize) или (largefrac{infty}{infty}normalsize) по средствам алгебраических операций. А неопределенности (0^0, 1^{infty}) и (infty^0) можно свести к типу (0 cdot infty), используя соотношение:
(f{left( x right)^{gleft( x right)}} = {e^{gleft( x right)ln fleft( x right)}})
Формула и примеры решений
Правило Лопиталя: в том случае, когда две функции дифференцируемы в окрестности точки x=a, обращаются в нуль в этой точке, и существует предел отношения производных этих функций, то при х, которое стремится к а, существует предел отношения самих функций, который соотвесттвует пределу отношения производных.
Формула имеет следующий вид:
(lim_{xrightarrow a}frac{f(x)}{varphi (x)}=lim_{xrightarrow a}frac{f^{,}(x)}{varphi^{,} (x)})
Задача 1
Требуется найти предел:
(limlimits_{x to -1} frac{x^2-1}{x^3+x+2})
Решение
(lim limits_{x to -1} frac{x^2-1}{x^3+x+2} = frac{0}{0})
В полученной неопределенности (frac{0}{0}) можно заменить (х) точкой (x = -1). Данный вывод говорит о необходимости применения формулы расчета предела. Получим:
(lim limits_{x to -1} frac{(x^2-1)’}{(x^3+x+2)’} =lim limits_{x to -1} frac{2x}{3x^2+1})
Далее необходимо вновь рассчитать предел с помощью подстановки (x=-1) в последний предел. Таким образом:
(frac{2 cdot (-1)}{3 cdot (-1)^2+1} = frac{-2}{4} = -frac{1}{2})
Ответ: (limlimits_{x to -1} frac{x^2-1}{x^3+x+2} = -frac{1}{2})
Задача 2
Требуется вычислить предел, используя правило Лопиталя:
(lim limits_{x to infty} frac{ln x}{x})
Решение
Алгоритм вычислений стандартный:
(lim limits_{x to infty} frac{ln x}{x} = frac{infty}{infty} = lim limits_{x to infty} frac{(ln x)’}{(x)’}=lim limits_{x to infty} frac{frac{1}{x}}{1}=lim limits_{x to infty} frac{1}{x} = frac{1}{infty} = 0)
Ответ: (lim limits_{x to infty} frac{ln x}{x} = 0)
Задача 3
Необходимо предоставить решение предела с помощью формулы Лопиталя:
(lim limits_{x to 0} frac{cos x – 1}{x^2})
Решение
(lim limits_{xto 0} frac{cos x-1}{x^2} = frac{0}{0} = lim limits_{x to 0} frac{(cos x-1)’}{(x^2)’} =lim limits_{x to 0} frac{-sin x}{2x} = frac{0}{0}=lim limits_{x to 0} frac{(-sin x)’}{(2x)’} =lim limits_{x to 0} frac{-cos x}{2}=)
( = frac{-cos 0}{2} = -frac{1}{2})
Ответ: (lim limits_{x to 0} frac{cos x – 1}{x^2} = -frac{1}{2})
Задача 4
Нужно решить предел:
(lim limits_{xto 0} frac{sin 2x-e^{5x}+1}{x-cos x+1})
Решение
(lim limits_{xto 0} frac{sin 2x-e^{5x}+1}{x-cos x+1} = frac{0}{0}=lim limits_{xto 0} frac{(sin 2x-e^{5x}+1)’}{(x-cos x+1)’} =lim limits_{xto 0} frac{(sin 2x)’-(e^{5x})’+(1)’}{(x)’-(cos x)’+(1)’}=lim limits_{xto 0} frac{2cos 2x-5e^{5x}}{1+sin x} =)
(=frac{2cos0-5e^0}{1+sin 0}=frac{2cdot 1-5cdot 1}{1+0} = frac{-3}{1} = -3)
Ответ: (lim limits_{xto 0} frac{sin 2x-e^{5x}+1}{x-cos x+1} = -3)
Правилом Лопиталя допустимо пользоваться при решении задач с односторонними пределами. Можно сказать, что эта методика является наиболее эффективной для раскрытия неопределенностей вида (frac{0}{0}) и (frac{infty}{infty}) в том случае, когда необходимо вычислить предел. Смысл правила заключается в том, что предел отношения функций равен пределу отношений производных от этих функций. Если в процессе освоения этой и других подобных тем возникли сложности, всегда можно обратиться за помощью к сервису Феникс.Хелп.
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.
Правило Лопиталя – определение и вычисление с примерами решения
Содержание:
Правило Лопиталя
Теорема 13.1 (правило Лопиталя). Пусть функции y=f(x) и y=g(x):
1) дифференцируемы в некоторой окрестности
1. Если в п. 4 теоремы 13.1
2. Аналогичная теорема верна и для односторонних пределов.
Теорема 13.2. Пусть M>0 и функции y=f(x) и y=g(x):
1) дифференцируемы при ;
2)
Тогда
Доказательство
Пусть Рассмотрим функции
Тогда условия 1) –3) теоремы 13.1 выполнены в окрестности .
Проверим условие 4):
предел существует, поэтому по теореме 13.1
Тогда
что и требовалось доказать.
ПустьM>0. Функции
1) непрерывны и имеют производные при x> M;
2) ;
3)
4) поэтому по теореме 13.2
П р и м е р 13.2
Найти
Р е ш е н и е
П р и м е р 13.3
Найти
Р е ш е н и е
Имеем неопределенность вида .
Преобразуем функцию
Найдем
Поэтому
П р и м е р 13.4
Найти
Р е ш е н и е
Если в условии теоремы 13.1 предположить дополнительно, что функции дифференцируемы в точке тогда формула (13.1) перепишется в виде
Геометрически это значит, что предел при отношения значений функций равен отношению угловых коэффициентов касательных к этим функциям в точке .
П р и м е р 13.5
Найти (см. пример 4.2).
Р е ш е н и е
——-
Правило Лопиталя
Теорема 8.1. Пусть
1) функции и определены и непрерывны в проколотой окрестности
2) существуют конечные производные и в
3) в
4)
Тогда если существует то существует и имеет место равенство
Доказательство.
Доопределим функции и в точке полагая
Тогда функции и непрерывны в точке Используя теорему Коши (теорема 7.3), получим
где точка будет удовлетворять условиям или Если то поэтому, согласно условию теоремы,
Теорема 8.1 формулирует правило раскрытия неопределенности типа
Замечание 8.1. Если производные и удовлетворяют тем же требованиям, что и сами функции и то правило Лопиталя можно применять повторно. При этом получаем
- Заказать решение задач по высшей математике
Пример 8.1. Найти предел
Решение.
Ответ:
Пример 8.2. Найти предел
Решение.
Ответ: 1
Пример 8.3. Найти предел
Решение.
Ответ: 2.
Теорема 8.2*. Пусть
1) функции и определены и непрерывны в проколотой окрестности
2) существуют конечные производные и в
3) в
4)
Тогда, если существует то существует
и имеет место равенство
Теорема 8.2 формулирует правило раскрытия неопределенности
типа
Замечание 8.2. Правило Лопиталя справедливо и в случаях
Пример 8.4. Найти предел
Решение.
Ответ: 0.
Пример 8.5. Найти предел
Решение.
Ответ: 0.
Пример 8.6. Найти предел
Решение.
Полученный предел не существует, так как при функция не стремится ни к какому предельному значению, а колеблется между 0 и 2. Правило Лопиталя не дает результатов. Рассмотрим другой подход к вычислению предела.
Ответ: 1.
Заметим, что правило Лопиталя дает также возможность раскрыть неопределенности типа предварительно приведя их к виду или
Пример 8.7. Найти предел
Решение.
Ответ: 0.
Пример 8.8. Найти предел
Решение.
Ответ: 0.
Пример 8.9. Найти предел
Решение.
Ответ:
Пример 8.10. Найти предел
Решение.
Ответ: 1.
- Вычисления в Mathematica с примерами
- Рациональная дробь
- Функция в математике
- Наибольшее и наименьшее значения функции
- Тригонометрические функции произвольного угла
- Теоремы синусов и косинусов
- Система показательных уравнений
- Непрерывные функции и их свойства