Вычислять предел. Замечательные пределы

Предел функции на бесконечности:
|f(x) - a| < ε при |x| > N

Определение предела по Коши
Пусть функция f(x) определена в некоторой окрестности бесконечно удаленной точки, при |x| > Число a называется пределом функции f(x) при x стремящемся к бесконечности (), если для любого, сколь угодно малого положительного числа ε > 0 , существует такое число N ε > K , зависящее от ε , что для всех x, |x| > N ε , значения функции принадлежат ε - окрестности точки a :
|f(x) - a| < ε .
Предел функции на бесконечности обозначается так:
.
Или при .

Также часто используется следующее обозначение:
.

Запишем это определение, используя логические символы существования и всеобщности:
.
Здесь подразумевается, что значения принадлежат области определения функции.

Односторонние пределы

Левый предел функции на бесконечности:
|f(x) - a| < ε при x < -N

Часто встречаются случаи, когда функция определена только для положительных или отрицательных значений переменной x (точнее в окрестности точки или ). Также пределы на бесконечности для положительных и отрицательных значений x могут иметь различные значения. Тогда используют односторонние пределы.

Левый предел в бесконечно удаленной точке или предел при x стремящемся к минус бесконечности () определяется так:
.
Правый предел в бесконечно удаленной точке или предел при x стремящемся к плюс бесконечности () :
.
Односторонние пределы на бесконечности часто обозначают так:
; .

Бесконечный предел функции на бесконечности

Бесконечный предел функции на бесконечности:
|f(x)| > M при |x| > N

Определение бесконечного предела по Коши
Пусть функция f(x) определена в некоторой окрестности бесконечно удаленной точки, при |x| > K , где K - положительное число. Предел функции f(x) при x стремящемся к бесконечности (), равен бесконечности , если для любого, сколь угодно большого числа M > 0 , существует такое число N M > K , зависящее от M , что для всех x, |x| > N M , значения функции принадлежат окрестности бесконечно удаленной точки:
|f(x) | > M .
Бесконечный предел при x стремящемся к бесконечности обозначают так:
.
Или при .

С помощью логических символов существования и всеобщности, определение бесконечного предела функции можно записать так:
.

Аналогично вводятся определения бесконечных пределов определенных знаков, равных и :
.
.

Определения односторонних пределов на бесконечности.
Левые пределы.
.
.
.
Правые пределы.
.
.
.

Определение предела функции по Гейне

Пусть функция f(x) определена на некоторой окрестности бесконечно удаленной точки x 0 , где или или .
Число a (конечное или бесконечно удаленное) называется пределом функции f(x) в точке x 0 :
,
если для любой последовательности { x n } , сходящейся к x 0 : ,
элементы которой принадлежат окрестности , последовательность { f(x n )} сходится к a :
.

Если в качестве окрестности взять окрестность бесконечно удаленной точки без знака: , то получим определение предела функции при x стремящемся к бесконечности, . Если взять левостороннюю или правостороннюю окрестность бесконечно удаленной точки x 0 : или , то получим определение предела при x стремящемся к минус бесконечности и плюс бесконечности, соответственно.

Определения предела по Гейне и Коши эквивалентны .

Примеры

Пример 1

Используя определение Коши показать, что
.

Введем обозначения:
.
Найдем область определения функции . Поскольку числитель и знаменатель дроби являются многочленами, то функция определена для всех x кроме точек, в которых знаменатель обращается в нуль. Найдем эти точки. Решаем квадратное уравнение . ;
.
Корни уравнения:
; .
Поскольку , то и .
Поэтому функция определена при . Это мы будем использовать в дальнейшем.

Выпишем определение конечного предела функции на бесконечности по Коши:
.
Преобразуем разность:
.
Разделим числитель и знаменатель на и умножим на -1 :
.

Пусть .
Тогда
;
;
;
.

Итак, мы нашли, что при ,
.
.
Отсюда следует, что
при , и .

Поскольку всегда можно увеличить, то возьмем . Тогда для любого ,
при .
Это означает, что .

Пример 2

Пусть .
Используя определение предела по Коши показать, что:
1) ;
2) .

1) Решение при x стремящемся к минус бесконечности

Поскольку , то функция определена для всех x .
Выпишем определение предела функции при , равного минус бесконечности:
.

Пусть . Тогда
;
.

Итак, мы нашли, что при ,
.
Вводим положительные числа и :
.
Отсюда следует, что для любого положительного числа M , имеется число , так что при ,
.

Это означает, что .

2) Решение при x стремящемся к плюс бесконечности

Преобразуем исходную функцию. Умножим числитель и знаменатель дроби на и применим формулу разности квадратов:
.
Имеем:

.
Выпишем определение правого предела функции при :
.

Введем обозначение: .
Преобразуем разность:
.
Умножим числитель и знаменатель на :
.

Пусть
.
Тогда
;
.

Итак, мы нашли, что при ,
.
Вводим положительные числа и :
.
Отсюда следует, что
при и .

Поскольку это выполняется для любого положительного числа , то
.

Использованная литература:
С.М. Никольский. Курс математического анализа. Том 1. Москва, 1983.

Приложение

Пределы онлайн на сайт для полноценного закрепления студентами и школьниками пройденного материала. Как найти предел онлайн, используя наш ресурс? Это сделать очень просто, достаточно всего лишь правильно записать исходную функцию с переменной x, выбрать из селектора нужную бесконечность и нажать кнопку "Решение". В случае, когда предел функции должен быть вычислен в некоторой точке x, то вам нужно указать числовое значение этой самой точки. Ответ на решение предела получите в считанные секунды, другими словами - мгновенно. Однако, если вы укажете некорректные данные, то сервис автоматически сообщим вам об ошибке. Исправите введенную ранее функцию и получите верное решение предела. Для решения пределов применяются все возможные приемы, особенно часто используется метод Лопиталя, так как он универсален и приводит к ответу быстрее, чем другие способы вычисления предела функции. Интересно рассматривать примеры, в которых присутствует модуль. Кстати, по правилам нашего ресурса, модуль обозначается классической в математике вертикальной чертой "|" или Abs(f(x)) от латинского absolute. Часто решение предела требуется для вычисления суммы числовой последовательности. Как всем известно, нужно всего лишь правильно выразить частичную сумму исследуемой последовательности, а дальше все гораздо проще, благодаря нашему бесплатному сервису сайт, так как вычисление предела от частичной суммы это и есть итоговая сумма числовой последовательности. Вообще-то говоря, теория предельного перехода - это основное понятие всего математического анализа. Все базируется именно на предельных переходах, то есть решение пределов заложено в основу науки математического анализа. В интегрировании также применяется предельный переход, когда интеграл по теории представляется суммой неограниченного числа площадей. Где присутствует неограниченное число чего-либо, то есть стремление количества объектов к бесконечности, то всегда вступает в силу теория предельных переходов, а в общепринятом виде это решение знакомых всем пределов. Решение пределов онлайн на сайте сайт - это уникальный сервис для получения точного и мгновенного ответа в режиме реального времени. Предел функции (предельное значение функции) в заданной точке, предельной для области определения функции, - такая величина, к которой стремится значение рассматриваемой функции при стремлении её аргумента к данной точке. Не редко, а мы бы даже сказали очень часто, у студентов возникает вопрос решения пределов онлайн при изучении математического анализа. Задаваясь вопросом о решении предела онлайн с подробным решением исключительно в особых случаях, становится ясно, что не справиться со сложной задачей без применения вычислительного калькулятора пределов. Решение пределов нашим сервисом - залог точности и простоты.. Предел функции является обобщением понятия предела последовательности: изначально под пределом функции в точке понимали предел последовательности элементов области значений функции, составленной из образов точек последовательности элементов области определения функции, сходящейся к заданной точке (предел в которой рассматривается); если такой предел существует, то говорят, что функция сходится к указанному значению; если такого предела не существует, то говорят, что функция расходится. Решение пределов онлайн для пользователей становится легким ответом при том условии, что они знают как решить предел онлайн с помощью сайт. Будем сосредоточенны и не позволим ошибкам доставлять нам неприятности в виде неудовлетворительных оценок. Как всякое решение пределов онлайн, ваша задача будет представлена в удобном и понятном виде, с подробным решением, с соблюдением всех норм и правил получения решения. Наиболее часто определение предела функции формулируют на языке окрестностей. Тут пределы функции рассматриваются только в точках, предельных для области определения функции, означая, что в каждой окрестности данной точки есть точки из области определения этой самой функции. Это позволяет говорить о стремлении аргумента функции к данной точке. Но предельная точка области определения не обязана принадлежать самой области определения и это доказывается решением предела: например, можно рассматривать предел функции на концах открытого интервала, на котором определена функция. При этом сами границы интервала в область определения не входят. В этом смысле система проколотых окрестностей данной точки - частный случай такой базы множеств. Решение пределов онлайн с подробным решением производится в реальном времени и применяя формулы в явно заданном виде.. Вы сможете сэкономить время, а главное деньги, так как мы не просим за это вознаграждение. Если в некоторой точке области определения функции существует предел и решение этого предела равно значению функции в данной точке, то функция оказывается непрерывной в такой точке. На нашем сайте решение пределов доступно онлайн двадцать четыре часа в сутки каждый день и каждую минуту.. Использовать калькулятор пределов очень важно и главное применять его каждый раз, как только понадобится проверка знаний. Студентам явная польза от всего этого функционала. Вычислить предел, используя и применяя только теорию, не всегда получится так просто, как говорят опытные студенты математических факультетов ВУЗов страны. Факт остается фактом при наличии цели. Обычно найденное решение пределов неприменимо локально для постановки задач. Ликовать станет студент, как только обнаружит для себя калькулятор пределов онлайн в интернете и в бесплатном доступе, и не только для одного себя, но для всех желающих. Назначение стоит расценивать как математику, в общем, её понимании. Если запросить в Интернете, как найти предел онлайн подробно, то масса появляющихся в результате запроса сайтов не помогут так, как это сделаем именно мы. Разность сторон приумножается эквивалентности происшествия. Исконно законный предел функции необходимо определять их постановки самой математической задачи. Гамильтон был прав, однако стоит учитывать и высказывания современников. Отнюдь вычисление пределов онлайн не такая сложная задача, как кому-то может показаться на первый взгляд.. Чтобы не сломать истинность непоколебимых теорий. Возвращаясь к начальной ситуации, вычислить предел необходимо быстро, качественно и в аккуратно оформленном виде. Разве возможно было бы сделать иначе? Такой подход очевиден и оправдан. Калькулятор пределов создан для увеличения знаний, улучшения качества написания домашнего задания и подъему общего настроения среди учащихся, так будет правильно для них. Просто надо мыслить как можно быстрее и будет разум торжествовать. Явно сказать про пределы онлайн интерполяционными терминами очень изысканное занятие для профессионалов своего ремесла. Прогнозируем отношение системы внеплановых разностей в точках пространства. И вновь задача сводится к неопределенности, исходя из того, что предел функции существует на бесконечности и в некой окрестности локальной точки на заданной оси абсцисс после аффинного преобразования начального выражения. Легче будет анализировать восхождение точек на плоскости и на вершине пространства. В общем положении вещей не сказано про вывод математической формула, как в натуре, так и в теории, чтобы калькулятор пределов онлайн использовался по назначению в этом смысле. Без определения предела онлайн считаю затруднительным дальнейшие вычисления в области исследования криволинейного пространства. Было бы не легче с точки зрения нахождения истинного правильного ответа. Разве невозможно вычислить предел, если заданная точка в пространстве является неопределенной заранее? Опровергнем наличие ответов за областью исследования. Про решение пределов можно рассуждать с точки зрения математического анализа как начало исследования последовательности точек на оси. Может быть неуместным сам факт действия вычислений. Числа представимы в виде бесконечной последовательности и отождествлены начальной записи после того, как мы решили предел онлайн подробно согласно теории. Как раз обосновано в пользу наилучшего значения. Результат предела функции, как явная ошибка неправильно поставленной задачи, может исказить представление о реальном механическом процессе неустойчивой системы. Возможность выразить значение прямо в область взглядов. Сопоставив онлайн пределу аналогичную запись одностороннего предельного значения, лучше избежать выражения в явном виде по формулам приведения. Кроме начала пропорционального выполнения задания. Полином разложим после того, как удастся вычислить предел односторонний и записать его на бесконечности. Простые размышления приводят в математическом анализе к истинному результату. Простое решение пределов зачастую сводится к иной степени равенства исполняемых противолежащих математических иллюстраций. Линии и числа Фибоначчи расшифровали калькулятор пределов онлайн, в зависимости от этого можно заказать непредельное вычисление и может быть сложность отступит на задний план. Идет процесс развертывания графика на плоскости в срезе трехмерного пространства. Это и привило к потребности различных взглядов на сложную математическую задачу. Однако результат не заставит себя ждать. Однако, происходящий процесс реализации восходящего произведения, искажает пространство линий и записывает онлайн предел для ознакомления с постановкой задачей. Естественность протекания процесса накапливания задач обуславливает потребность в знаниях всех областей математических дисциплин. Отличный калькулятор пределов станет незаменимым инструментом в руках умелых студентов и они по достоинству оценят все его преимущества перед аналогами цифрового прогресса. В школах для чего-то пределы онлайн называют не так, как в институтах. Вырастет значение функции от изменения аргумента. Еще Лопиталь говорил - предел функции найти это лишь полдела, надо задачу довести до логического завершения и представить ответ в развернутом виде. Реальности адекватно присутствие фактов по делу. С пределом онлайн связаны исторически важные аспекты математических дисциплин и составляют основу изучения теории чисел. Кодировка страницы в математических формулах доступна на клиентском языке в браузере. Как бы вычислить предел допустимым законным методом, не заставив функцию видоизменяться по направлению оси абсцисс. Вообще реальность пространства зависит не только от выпуклости функции или её вогнутости. Исключите из задачи все неизвестные и решение пределов сведет к наименьшим затратам имеющихся у вас математических ресурсов. Решение постановочной задачи исправит функционал на все сто процентов. Происходящее математическое ожидание выявит предел онлайн подробно относительно отклонения от наименьшего значимого особенного отношения. Прошло дня три после принятого математического решения в пользу науки. Это действительно полезное занятие. Без причины отсутствия предела онлайн будет означать расхождение в общем подходе к решению ситуационных проблем. Лучшее название одностороннего предела с неопределенностью 0/0 будет востребовано в будущем. Ресурс может быть не только красивым и хорошим, но также и полезным, когда сможет вычислить предел за вас. Великий ученый, будучи студентом, исследовал функции для написания научной работы. Прошло десять лет. Перед разными нюансами стоит однозначно прокомментировать математическое ожидание в пользу того, что предел функции заимствует расхождение принципалов. На заказанную контрольную работу откликнулись. В математике исключительную позицию в обучении занимает, как ни странно, исследование онлайн предела с взаимообразными сторонними отношениями. Как в обычных случаях и бывает. Можно ничего не воспроизводить. Проанализировав подходы изучения студентов к математическим теориям, мы основательно оставим решение пределов на пост завершающий этап. В этом заключается смысл нижесказанного, исследуйте текст. Преломление однозначно определяет математическое выражение как суть полученной информации. предел онлайн есть суть в определении истинного положения математической системы относительности разнонаправленных векторов. В этом смысле разумею выразить собственное мнение. Как в прошлой задаче. Отличительный предел онлайн подробно распространяет свое влияние на математический взгляд последовательного изучения программного анализа в области исследования. В разрезе с теорией, математика нечто высшее, чем просто наука. Лояльность подтверждается действиями. Не остается возможным намеренно прервать цепочку последовательных чисел, начинающих свое движение вверх, если некорректно вычислить предел. Двусторонняя поверхность выражена в натуральном виде во всю величину. За возможностью исследовать математический анализ предел функции заключает последовательность функционального ряда как эпсилон-окрестность в заданной точке. В знак отличия от теории функций, не исключены погрешности в вычислениях, однако это предусмотрено ситуацией. Деление по пределу онлайн задачи можно расписать функцию переменного расхождения для быстрого произведения нелинейной системы трехмерного пространства. Тривиальный случай заложен в основу функционирования. Не надо быть студентом, чтобы проанализировать данный случай. Совокупность моментов происходящего вычисления, изначально решение пределов определяет как функционирование всей целостной системы прогресса вдоль оси ординат на множественных значениях чисел. Берем за базовую величину как можно наименьшее математическое значение. Вывод очевиден. Расстояние между плоскостями поможет расшириться в теории онлайн пределов, поскольку применение метода расходящегося вычисления приполярного аспекта значимости не несет в себе заложенного смысла. Отличный выбор, если калькулятор пределов расположен на сервере, это можно принимать как есть без искажения значимости поверхностного изменения площадей, а то выше станет задача о линейности. Полный математический анализ выявил неустойчивость системы наряду с её описанием в области наименьшей окрестности точки. Как любой предел функции по оси пересечения ординат и абсцисс, можно заключить числовые значения объектов в некоторую минимальную окрестность по распределению функциональности процесса исследования. Распишем задачу по пунктам. Идет разделение по этапам написания. Академические заявления, что вычислить предел реально сложно или совсем не совсем просто, подкрепляются анализом математических взглядов всех без исключения студентов и аспирантов. Возможные промежуточные результаты не заставят себя ожидать долгое время. Указанный выше предел онлайн подробно исследуют абсолютный минимум системной разности объектов, за которыми линейность пространства математики искажается. Большую по площади сегментацию площади не используют студенты для вычисления множественного разногласия после записи калькулятора пределов онлайн по вычитаниям. После начала запретим студентам пересмотреть задачи на исследование пространственного окружения в математике. Раз уже предел функции мы находили, то давайте построим график её исследования на плоскости. Выделим оси ординат особым цветом и покажем направление линий. Устойчивость есть. Неопределенность присутствует долгое время на протяжении написания ответа. Вычислить предел функции в точке просто проанализировав разность пределов на бесконечности при начальных условиях. Этот способ известен не каждому пользователю. Нужен математический анализ. Решение пределов накапливает опыт в умах поколений на многие год в вперед. Не усложнять процесс невозможно. За его вывод отвечают студенты всех поколений. Может начать изменяться все вышесказанное при отсутствии закрепляющего аргумента по позиции функций около некоторой точки, отстающей от калькуляторов пределов по разности мощности вычисления. Проведем исследование функции для получения результирующего ответа. Вывод не очевиден. Исключив из общего числа неявно заданные функции после преобразования математических выражений, останется последний шаг, чтобы правильно и с высокой точностью найти пределы онлайн. Положено на проверку приемлемость выданного решения. Процесс продолжается. Локировать последовательность в изоляции от функций и, применив свой колоссальный опыт, математики должны вычислить предел за обоснованием правильности направления в исследовании. Не нужен такому результату теоретический подъем. Изменить пропорцию чисел внутри некоторой окрестности не нулевой точки на оси абсцисс в сторону калькулятор пределов онлайн изменчивый пространственный угол наклона под написанный задачей в математике. Свяжем две области в пространстве. Разногласия решебников по поводу того как предел функции набирает свойства односторонних значений в пространстве, не может остаться без внимания усиленных подконтрольных выступлений студентов. Направление в математике предел онлайн занял одну из наименьших оспариваемых позиций по поводу неопределенности в вычислениях этих самых пределов. Выучить наизусть студенту поможет на ранней ступени науки калькулятор пределов онлайн за высотой треугольников равнобедренных и кубов со стороной в три радиуса окружности. Оставим на совести учеников решение пределов в исследовании функционирующей математической ослабляемой системы со стороны плоскости исследования. На теории чисел взгляд студента неоднозначен. Каждому свое мнение присуще. Правильное направление в изучении математики поможет вычислить предел в истинном смысле, как это заведено в ВУЗах продвинутых стран. Котангенс в математике вычисляется как калькулятор пределов и есть отношение двух других элементарных тригонометрических функций, а именно косинуса и синуса от аргумента. В этом заключено решение пополам сегментов. Другой подход навряд ли решит ситуацию в пользу прошлого момента. Можно долго говорить, как предел онлайн подробно решать без осмысления очень сложно и бесполезно, однако такой подход склонен к наращиванию внутренней дисциплины студентов в лучшую сторону.

Данная статья: «Второй замечательный предел» посвящена раскрытию в пределах неопределенностей вида:

$ \bigg[\frac{\infty}{\infty}\bigg]^\infty $ и $ ^\infty $.

Так же такие неопределенности можно раскрывать с помощью логарифмирования показательно-степенной функции, но это уже другой метод решения, о котором будет освещено в другой статье.

Формула и следствия

Формула второго замечательного предела записывается следующим образом: $$ \lim_{x \to \infty} \bigg (1+\frac{1}{x}\bigg)^x = e, \text{ где } e \approx 2.718 $$

Из формулы вытекают следствия , которые очень удобно применять для решения примеров с пределами: $$ \lim_{x \to \infty} \bigg (1 + \frac{k}{x} \bigg)^x = e^k, \text{ где } k \in \mathbb{R} $$ $$ \lim_{x \to \infty} \bigg (1 + \frac{1}{f(x)} \bigg)^{f(x)} = e $$ $$ \lim_{x \to 0} \bigg (1 + x \bigg)^\frac{1}{x} = e $$

Стоить заметить, что второй замечательный предел можно применять не всегда к показательно-степенной функции, а только в случаях когда основание стремится к единице. Для этого сначала в уме вычисляют предел основания, а затем уже делают выводы. Всё это будет рассмотрено в примерах решений.

Примеры решений

Рассмотрим примеры решений с использованием прямой формулы и её следствий. Так же разберем случаи, при которых формула не нужна. Достаточно записать только готовый ответ.

Пример 1

Найти предел $ \lim_{x\to\infty} \bigg(\frac{x+4}{x+3} \bigg)^{x+3} $

Решение

Подставим бесконечность в предел и посмотрим на неопределенность: $$ \lim_{x\to\infty} \bigg(\frac{x+4}{x+3} \bigg)^{x+3} = \bigg(\frac{\infty}{\infty}\bigg)^\infty $$ Найдем предел основания: $$ \lim_{x\to\infty} \frac{x+4}{x+3}= \lim_{x\to\infty} \frac{x(1+\frac{4}{x})}{x(1+\frac{3}{x})} = 1 $$ Получили основание равное единице, а это значит уже можно применить второй замечательный предел. Для этого подгоним основание функции под формулу путем вычитания и прибавления единицы: $$ \lim_{x\to\infty} \bigg(1 + \frac{x+4}{x+3} - 1 \bigg)^{x+3} = \lim_{x\to\infty} \bigg(1 + \frac{1}{x+3} \bigg)^{x+3} = $$ Смотрим на второе следствие и записываем ответ: $$ \lim_{x\to\infty} \bigg(1 + \frac{1}{x+3} \bigg)^{x+3} = e $$ Если не получается решить свою задачу, то присылайте её к нам. Мы предоставим подробное решение. Вы сможете ознакомиться с ходом вычисления и почерпнуть информацию. Это поможет своевременно получить зачёт у преподавателя!

Ответ

$$ \lim_{x\to\infty} \bigg(1 + \frac{1}{x+3} \bigg)^{x+3} = e $$

Пример 4

Решить предел $ \lim_{x\to \infty} \bigg (\frac{3x^2+4}{3x^2-2} \bigg) ^{3x} $

Решение

Находим предел основания и видим, что $ \lim_{x\to\infty} \frac{3x^2+4}{3x^2-2} = 1 $, значит можно применить второй замечательный предел. Стандартно по плану прибавляем и вычитаем единицу из основания степени: $$ \lim_{x\to \infty} \bigg (1+\frac{3x^2+4}{3x^2-2}-1 \bigg) ^{3x} = \lim_{x\to \infty} \bigg (1+\frac{6}{3x^2-2} \bigg) ^{3x} = $$ Подгоняем дробь под формулу 2-го замеч. предела: $$ = \lim_{x\to \infty} \bigg (1+\frac{1}{\frac{3x^2-2}{6}} \bigg) ^{3x} = $$ Теперь подгоняем степень. В степени должна быть дробь равная знаменателю основания $ \frac{3x^2-2}{6} $. Для этого умножим и разделим степень на неё, и продолжим решать: $$ = \lim_{x\to \infty} \bigg (1+\frac{1}{\frac{3x^2-2}{6}} \bigg) ^{\frac{3x^2-2}{6} \cdot \frac{6}{3x^2-2}\cdot 3x} = \lim_{x\to \infty} e^{\frac{18x}{3x^2-2}} = $$ Предел, расположенный в степени при $ e $ равен: $ \lim_{x\to \infty} \frac{18x}{3x^2-2} = 0 $. Поэтому продолжая решение имеем:

Ответ

$$ \lim_{x\to \infty} \bigg (\frac{3x^2+4}{3x^2-2} \bigg) ^{3x} = 1 $$

Разберем случаи, когда задача похожа на второй замечательный предел, но решается без него.

В статье: «Второй замечательный предел: примеры решений» была разобрана формула, её следствия и приведены частые типы задач по этой теме.

Постоянное число а называется пределом последовательности {x n }, если для любого сколь угодно малого положительного числа ε > 0 существует номер N, что все значения x n , у которых n>N, удовлетворяют неравенству

|x n - a| < ε. (6.1)

Записывают это следующим образом: или x n → a.

Неравенство (6.1) равносильно двойному неравенству

a- ε < x n < a + ε, (6.2)

которое означает, что точки x n , начиная с некоторого номера n>N, лежат внутри интервала (a- ε, a+ ε), т.е. попадают в какую угодно малую ε-окрестность точки а .

Последовательность, имеющая предел, называется сходящейся , в противном случае - расходящейся .

Понятие предел функции является обобщением понятия предел последовательности, так как предел последовательности можно рассматривать как предел функции x n = f(n) целочисленного аргумента n .

Пусть дана функция f(x) и пусть a - предельная точка области определения этой функции D(f), т.е. такая точка, любая окрестность которой содержит точки множества D(f), отличные от a . Точка a может принадлежать множеству D(f), а может и не принадлежать ему.

Определение 1. Постоянное число А называется предел функции f(x) при x→ a, если для всякой последовательности {x n } значений аргумента, стремящейся к а , соответствующие им последовательности {f(x n)} имеют один и тот же предел А.

Это определение называют определением предел функции по Гейне, или “на языке последовательностей ”.

Определение 2 . Постоянное число А называется предел функции f(x) при x→ a, если, задав произвольное как угодно малое положительное число ε , можно найти такое δ >0 (зависящее от ε ), что для всех x , лежащих в ε-окрестности числа а , т.е. для x , удовлетворяющих неравенству
0 < x-a < ε , значения функции f(x) будут лежать в ε-окрестности числа А, т.е. |f(x)-A| < ε.

Это определение называют определением предел функции по Коши, или “на языке ε - δ “.

Определения 1 и 2 равносильны. Если функция f(x) при x → a имеет предел , равный А, это записывается в виде

. (6.3)

В том случае, если последовательность {f(x n)} неограниченно возрастает (или убывает) при любом способе приближения x к своему пределу а , то будем говорить, что функция f(x) имеет бесконечный предел, и записывать это в виде:

Переменная величина (т.е. последовательность или функция), предел которой равен нулю, называется бесконечно малой величиной.

Переменная величина, предел которой равен бесконечности, называется бесконечно большой величиной .

Чтобы найти предел на практике пользуются следующими теоремами.

Теорема 1 . Если существует каждый предел

(6.4)

(6.5)

(6.6)

Замечание . Выражения вида 0/0, ∞/∞, ∞-∞ , 0*∞ , - являются неопределенными, например, отношение двух бесконечно малых или бесконечно больших величин, и найти предел такого вида носит название “раскрытие неопределенностей”.

Теорема 2. (6.7)

т.е. можно переходить к пределу в основании степени при постоянном показателе, в частности, ;

(6.8)

(6.9)

Теорема 3.

(6.10)

(6.11)

где e » 2.7 - основание натурального логарифма. Формулы (6.10) и (6.11) носят название первый замечательного предело и второй замечательный предел.

Используются на практике и следствия формулы (6.11):

(6.12)

(6.13)

(6.14)

в частности предел,

Eсли x → a и при этом x > a, то пишут x →a + 0. Если, в частности, a = 0, то вместо символа 0+0 пишут +0. Аналогично если x→ a и при этом xa-0. Числа и называются соответственно предел справа и предел слева функции f(x) в точке а . Чтобы существовал предел функции f(x) при x→ a необходимо и достаточно, чтобы . Функция f(x) называется непрерывной в точке x 0 , если предел

. (6.15)

Условие (6.15) можно переписать в виде:

,

то есть возможен предельный переход под знаком функции, если она непрерывна в данной точке.

Если равенство (6.15) нарушено, то говорят, что при x = x o функция f(x) имеет разрыв. Рассмотрим функцию y = 1/x. Областью определения этой функции является множество R , кроме x = 0. Точка x = 0 является предельной точкой множества D(f), поскольку в любой ее окрестности, т.е. в любом открытом интервале, содержащем точку 0, есть точки из D(f), но она сама не принадлежит этому множеству. Значение f(x o)= f(0) не определено, поэтому в точке x o = 0 функция имеет разрыв.

Функция f(x) называется непрерывной справа в точке x o , если предел

,

и непрерывной слева в точке x o, если предел

.

Непрерывность функции в точке x o равносильна ее непрерывности в этой точке одновременно и справа и слева.

Для того, чтобы функция была непрерывна в точке x o , например, справа, необходимо, во-первых, чтобы существовал конечный предел , а во-вторых, чтобы этот предел был равен f(x o). Следовательно, если хотя бы одно из этих двух условий не выполняется, то функция будет иметь разрыв.

1. Если предел существует и не равен f(x o), то говорят, что функция f(x) в точке x o имеет разрыв первого рода, или скачок .

2. Если предел равен +∞ или -∞ или не существует, то говорят, что в точке x o функция имеет разрыв второго рода .

Например, функция y = ctg x при x → +0 имеет предел, равный +∞ , значит, в точке x=0 она имеет разрыв второго рода. Функция y = E(x) (целая часть от x ) в точках с целыми абсциссами имеет разрывы первого рода, или скачки.

Функция, непрерывная в каждой точке промежутка , называется непрерывной в . Непрерывная функция изображается сплошной кривой.

Ко второму замечательному пределу приводят многие задачи, связанные с непрерывным ростом какой-либо величины. К таким задачам, например, относятся: рост вклада по закону сложных процентов, рост населения страны, распад радиоактивного вещества, размножение бактерий и т.п.

Рассмотрим пример Я. И. Перельмана , дающий интерпретацию числа e в задаче о сложных процентах. Число e есть предел . В сбербанках процентные деньги присоединяются к основному капиталу ежегодно. Если присоединение совершается чаще, то капитал растет быстрее, так как в образовании процентов участвует большая сумма. Возьмем чисто теоретический, весьма упрощенный пример. Пусть в банк положено 100 ден. ед. из расчета 100 % годовых. Если процентные деньги будут присоединены к основному капиталу лишь по истечении года, то к этому сроку 100 ден. ед. превратятся в 200 ден.ед. Посмотрим теперь, во что превратятся 100 ден. ед., если процентные деньги присоединять к основному капиталу каждые полгода. По истечении полугодия 100 ден. ед. вырастут в 100 × 1,5 = 150, а еще через полгода - в 150 × 1,5 = 225 (ден. ед.). Если присоединение делать каждые 1/3 года, то по истечении года 100 ден. ед. превратятся в 100 × (1 +1/3) 3 » 237 (ден. ед.). Будем учащать сроки присоединения процентных денег до 0,1 года, до 0,01 года, до 0,001 года и т.д. Тогда из 100 ден. ед. спустя год получится:

100 × (1 +1/10) 10 » 259 (ден. ед.),

100 × (1+1/100) 100 » 270 (ден. ед.),

100 × (1+1/1000) 1000 » 271 (ден. ед.).

При безграничном сокращении сроков присоединения процентов наращенный капитал не растет беспредельно, а приближается к некоторому пределу, равному приблизительно 271. Более чем в 2,71 раз капитал, положенный под 100% годовых, увеличиться не может, даже если бы наросшие проценты присоединялись к капиталу каждую секунду, потому что предел

Пример 3.1. Пользуясь определением предела числовой последовательности, доказать, что последовательность x n =(n-1)/n имеет предел, равный 1.

Решение. Нам надо доказать, что, какое бы ε > 0 мы ни взяли, для него найдется натуральное число N, такое, что для всех n N имеет место неравенство |x n -1| < ε.

Возьмем любое e > 0. Так как ; x n -1 =(n+1)/n - 1= 1/n, то для отыскания N достаточно решить неравенство 1/n< e . Отсюда n>1/ e и, следовательно, за N можно принять целую часть от 1/ e , N = E(1/ e ). Мы тем самым доказали, что предел .

Пример 3 .2 . Найти предел последовательности, заданной общим членом .

Решение. Применим теорему предел суммы и найдем предел каждого слагаемого. При n → ∞ числитель и знаменатель каждого слагаемого стремится к бесконечности, и мы не можем непосредственно применить теорему предел частного. Поэтому сначала преобразуем x n , разделив числитель и знаменатель первого слагаемого на n 2 , а второго на n . Затем, применяя теорему предел частного и предел суммы, найдем:

.

Пример 3.3 . . Найти .

Решение. .

Здесь мы воспользовались теоремой о пределе степени: предел степени равен степени от предела основания.

Пример 3 .4 . Найти ().

Решение. Применять теорему предел разности нельзя, поскольку имеем неопределенность вида ∞-∞ . Преобразуем формулу общего члена:

.

Пример 3 .5 . Дана функция f(x)=2 1/x . Доказать, что предел не существует.

Решение. Воспользуемся определением 1 предела функции через последовательность. Возьмем последовательность { x n }, сходящуюся к 0, т.е. Покажем, что величина f(x n)= для разных последовательностей ведет себя по-разному. Пусть x n = 1/n. Очевидно, что , тогда предел Выберем теперь в качестве x n последовательность с общим членом x n = -1/n, также стремящуюся к нулю. Поэтому предел не существует.

Пример 3 .6 . Доказать, что предел не существует.

Решение. Пусть x 1 , x 2 ,..., x n ,... - последовательность, для которой
. Как ведет себя последовательность {f(x n)} = {sin x n } при различных x n → ∞

Если x n = p n, то sin x n = sin p n = 0 при всех n и предел Если же
x n =2 p n+ p /2, то sin x n = sin(2 p n+ p /2) = sin p /2 = 1 для всех n и следовательно предел . Таким образом, не существует.

Виджет для вычисления пределов on-line

В верхнем окошке вместо sin(x)/x введите функцию, предел которой надо найти. В нижнее окошко введите число, к которому стремится х и нажмите кнопку Calcular, получите искомый предел. А если в окне результата нажмете на Show steps в правом верхнем углу, то получите подробное решение.

Правила ввода функций: sqrt(x)- квадратный корень, cbrt(x) - кубический корень, exp(x) - экспонента, ln(x) - натуральный логарифм, sin(x) - синус, cos(x) - косинус, tan(x) - тангенс, cot(x) - котангенс, arcsin(x) - арксинус, arccos(x) - арккосинус, arctan(x) - арктангенс. Знаки: * умножения, / деления, ^ возведение в степень, вместо бесконечности Infinity. Пример: функция вводится так sqrt(tan(x/2)).

Пределы доставляют всем студентам, изучающим математику, немало хлопот. Чтобы решить предел, порой приходится применять массу хитростей и выбирать из множества способов решения именно тот, который подойдет для конкретного примера.

В этой статье мы не поможем вам понять пределы своих возможностей или постичь пределы контроля, но постараемся ответить на вопрос: как понять пределы в высшей математике? Понимание приходит с опытом, поэтому заодно приведем несколько подробных примеров решения пределов с пояснениями.

Понятие предела в математике

Первый вопрос: что это вообще за предел и предел чего? Можно говорить о пределах числовых последовательностей и функций. Нас интересует понятие предела функции, так как именно с ними чаще всего сталкиваются студенты. Но сначала - самое общее определение предела:

Допустим, есть некоторая переменная величина. Если эта величина в процессе изменения неограниченно приближается к определенному числу a , то a – предел этой величины.

Для определенной в некотором интервале функции f(x)=y пределом называется такое число A , к которому стремится функция при х , стремящемся к определенной точке а . Точка а принадлежит интервалу, на котором определена функция.

Звучит громоздко, но записывается очень просто:

Lim - от английского limit - предел.

Существует также геометрическое объяснение определения предела, но здесь мы не будем лезть в теорию, так как нас больше интересует практическая, нежели теоретическая сторона вопроса. Когда мы говорим, что х стремится к какому-то значению, это значит, что переменная не принимает значение числа, но бесконечно близко к нему приближается.

Приведем конкретный пример. Задача - найти предел.

Чтобы решить такой пример, подставим значение x=3 в функцию. Получим:

Кстати, если Вас интересуют , читайте отдельную статью на эту тему.

В примерах х может стремиться к любому значению. Это может быть любое число или бесконечность. Вот пример, когда х стремится к бесконечности:

Интуитивно понятно, что чем больше число в знаменателе, тем меньшее значение будет принимать функция. Так, при неограниченном росте х значение 1/х будет уменьшаться и приближаться к нулю.

Как видим, чтобы решить предел, нужно просто подставить в функцию значение, к которому стремиться х . Однако это самый простой случай. Часто нахождение предела не так очевидно. В пределах встречаются неопределенности типа 0/0 или бесконечность/бесконечность . Что делать в таких случаях? Прибегать к хитростям!

Неопределенности в пределах

Неопределенность вида бесконечность/бесконечность

Пусть есть предел:

Если мы попробуем в функцию подставить бесконечность, то получим бесконечность как в числителе, так и в знаменателе. Вообще стоит сказать, что в разрешении таких неопределенностей есть определенный элемент искусства: нужно заметить, как можно преобразовать функцию таким образом, чтобы неопределенность ушла. В нашем случае разделим числитель и знаменатель на х в старшей степени. Что получится?

Из уже рассмотренного выше примера мы знаем, что члены, содержащие в знаменателе х, будут стремиться к нулю. Тогда решение предела:

Для раскрытия неопределенностей типа бесконечность/бесконечность делим числитель и знаменатель на х в высшей степени.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Еще один вид неопределенностей: 0/0

Как всегда, подстановка в функцию значения х=-1 дает 0 в числителе и знаменателе. Посмотрите чуть внимательнее и Вы заметите, что в числителе у нас квадратное уравнение. Найдем корни и запишем:

Сократим и получим:

Итак, если Вы сталкиваетесь с неопределенностью типа 0/0 – раскладывайте числитель и знаменатель на множители.

Чтобы Вам было проще решать примеры, приведем таблицу с пределами некоторых функций:

Правило Лопиталя в пределах

Еще один мощный способ, позволяющий устранить неопределенности обоих типов. В чем суть метода?

Если в пределе есть неопределенность, берем производную от числителя и знаменателя до тех пор, пока неопределенность не исчезнет.

Наглядно правило Лопиталя выглядит так:

Важный момент : предел, в котором вместо числителя и знаменателя стоят производные от числителя и знаменателя, должен существовать.

А теперь – реальный пример:

Налицо типичная неопределенность 0/0 . Возьмем производные от числителя и знаменателя:

Вуаля, неопределенность устранена быстро и элегантно.

Надеемся, что Вы сможете с пользой применить эту информацию на практике и найти ответ на вопрос "как решать пределы в высшей математике". Если нужно вычислить предел последовательности или предел функции в точке, а времени на эту работу нет от слова «совсем», обратитесь в профессиональный студенческий сервис за быстрым и подробным решением.