Решение на границите на лопитал. Онлайн калкулатор Решаване на граници
Представете си стадо врабчета с изпъкнали очи. Не, това не е гръм, не е ураган и дори не е малко момче с прашка в ръце. Просто огромно, огромно гюле лети в гъстотата на мацките. Точно лопитал правиласправят се с границите, в които има несигурност или .
Правилата на L'Hopital са много мощен метод, който ви позволява бързо и ефективно да премахнете тези несигурности, неслучайно в сборниците със задачи, на контролна работа, компенсации, често се среща стабилен печат: „изчислете границата, без да използвате правилото на L'Hopital". Изискването с удебелен шрифт може да се припише с чиста съвест на всяко ограничение на уроците Ограничения. Примери за решения, Забележителни граници. Методи за решаване на граници, Забележителни еквивалентности, където възниква несигурността "нула към нула" или "безкрайност към безкрайност". Дори ако задачата е формулирана накратко - "изчислете границите", тогава имплицитно се разбира, че ще използвате всичко, което искате, но не и правилата на L'Hospital.
Правилата са общо две и те много си приличат, както по същество, така и по начина, по който се прилагат. В допълнение към преките примери по темата, ще изучаваме и допълнителен материал, което ще бъде полезно в хода на по-нататъшно проучване математически анализ.
Веднага ще направя резервация, че правилата ще бъдат дадени в сбита „практическа“ форма и ако трябва да преминете теорията, препоръчвам ви да се обърнете към учебника за по-строги изчисления.
Първото правило на L'Hospital
Помислете за функциите, които безкрайно малъкв някакъв момент. Ако има граница на връзката им, тогава, за да премахнем несигурността, можем да вземем две производни- от числителя и от знаменателя. при което: , това е .
Забележка : ограничението също трябва да съществува, в противен случай правилото не важи.
Какво следва от горното?
Първо, трябва да можете да намерите производни на функцииИ колкото по-добре, толкова по-добре =)
Второ, производните се вземат ОТДЕЛНО от числителя и ОТДЕЛНО от знаменателя. Моля, не бъркайте с правилото за диференциране на частното !!!
И, трето, "x" може да се стреми навсякъде, включително до безкрайност - само ако имаше несигурност.
Да се върнем към пример 5 от първата статия относно границите, което доведе до следния резултат:
При несигурност 0:0 прилагаме първото правило на L'Hospital:
Както можете да видите, диференцирането на числителя и знаменателя ни доведе до отговора с половин оборот: намерихме две прости производни, заместихме „две“ в тях и се оказа, че несигурността изчезна безследно!
Не е необичайно правилата на L'Hopital да се прилагат последователно две или голямо количествопъти (това важи и за второто правило). Нека го извадим за една ретро вечер Пример 2 урока за прекрасни граници:
Две франзели се охлаждат отново на двуетажното легло. Нека приложим правилото на L'Hospital:
Моля, обърнете внимание, че в първата стъпка се взема знаменателят производна на сложна функция. След това извършваме редица междинни опростявания, по-специално се отърваваме от косинуса, което показва, че той клони към единица. Несигурността не е елиминирана, така че отново прилагаме правилото на L'Hopital (втори ред).
Специално избрах не най-лесния пример, за да направите малко самопроверка. Ако не е съвсем ясно как са открити производни, трябва да засилите техниката си на диференциране, ако не разбирате трика с косинуса, моля, върнете се на прекрасни граници. Не виждам много смисъл от коментари стъпка по стъпка, тъй като вече говорих за деривати и лимити достатъчно подробно. Новостта на статията се крие в самите правила и някои технически решения.
Както вече беше отбелязано, в повечето случаи не е необходимо да се използват правилата на L'Hopital, но често е препоръчително да ги използвате за груба проверка на решението. Често, но не винаги. Така например е много по-изгодно да проверите примера, който току-що смятате да използвате прекрасни еквиваленти.
Второто правило на L'Hospital
Брат-2 се бие с две спящи осмици. По същия начин:
Ако има граница на отношението безкрайно голямвъв функционалната точка: , тогава, за да елиминираме несигурността, можем да вземем две производни– ОТДЕЛЕН от числителя и ОТДЕЛЕН от знаменателя. при което: , това е при диференциране на числителя и знаменателя стойността на границата не се променя.
Забележка : ограничението трябва да съществува
Отново в различни практически примери стойността може да бъде различна, включително безкрайно. Важно е да има несигурност.
Нека проверим Пример №3 от първия урок: . Използваме второто правило на L'Hospital:
Тъй като говорим за гиганти, нека анализираме две канонични ограничения:
Пример 1
Изчислете лимита
Не е лесно да се получи отговор чрез „конвенционални“ методи, следователно, за да разкрием несигурността „безкрайност до безкрайност“, използваме правилото на L'Hopital:
По този начин, линейна функцияпо-висок ред на нарастване от логаритъм с основа, по-голяма от единица( и т.н.). Разбира се, "x" в по-високи степени също ще "дърпа" такива логаритми. Действително функцията расте доста бавно и нейната графике по-нежен спрямо същия "х".
Пример 2
Изчислете лимита
Още една избеляла рамка. За да елиминираме несигурността, ние използваме правилото на L'Hopital, освен това два пъти подред:
Експоненциална функция, с основа по-голяма от единица(и др.) по-висок ред на растеж от степенна функцияс положителна степен.
Подобни ограничения се срещат по време на пълно функционално изследване, а именно при намиране асимптота на графики. Виждат се и в някои задачи на теория на вероятностите. Съветвам ви да вземете под внимание двата разгледани примера, това е един от малкото случаи, когато няма нищо по-добро от разграничаването на числителя и знаменателя.
По-нататък в текста няма да правя разлика между първо и второ правило на L'Hopital, това е направено само с цел структуриране на статията. Като цяло, от моя гледна точка, е донякъде вредно да се преумножават математическите аксиоми, теореми, правила, свойства, тъй като фрази като „съгласно следствие 3 съгласно теорема 19 ...“ са информативни само в рамките на един или друг учебник. В друг източник на информация същото би било "следствие 2 и теорема 3". Такива твърдения са формални и удобни само за самите автори. В идеалния случай е по-добре да се обърнете към същността на даден математически факт. Изключение правят исторически установените термини, напр. първата прекрасна границаили втора прекрасна граница.
Продължаваме да развиваме темата, която ни подхвърли членът на Парижката академия на науките маркиз Гийом Франсоа дьо Лопитал. Артикулът придобива подчертано практично оцветяване и в доста често срещана задача се изисква:
За да се загреем, нека се справим с няколко малки врабчета:
Пример 3
Границата може да бъде предварително опростена, като се отървем от косинуса, но ние ще покажем уважение към условието и веднага ще разграничим числителя и знаменателя:
В самия процес на намиране на производни няма нищо нестандартно, например се използва обичайният знаменател правило за диференцираневърши работа .
Разглежданият пример е унищожен и чрез прекрасни граници, подобен случай е разгледан в края на статията Комплексни граници.
Пример 4
Изчислете границата според правилото на L'Hopital
Това е пример за „направи си сам“. Добра шега =)
Типична ситуация е, когато след диференциране се получават три- или четириетажни фракции:
Пример 5
Изчислете лимита, като използвате правилото на L'Hospital
Моли за кандидатстване забележителна еквивалентност, но пътят е твърдо кодиран от условие:
След диференциацията силно препоръчвам да се отървете от многоетажната фракция и да извършите максимални опростявания. Разбира се, по-напредналите могат да пропуснат последна стъпкаи веднага напишете: , но в някои граници дори отличниците ще се объркат.
Пример 6
Изчислете лимита, като използвате правилото на L'Hospital
Пример 7
Изчислете лимита, като използвате правилото на L'Hospital
Това са примери за самопомощ. В пример 7 не можете да опростите нищо, оказва се твърде просто след диференциране на дробта. Но в пример 8, след прилагане на правилото на L'Hopital, е много желателно да се отървете от триетажната конструкция, тъй като изчисленията няма да бъдат най-удобните. Пълно решение и отговор в края на урока. Ако имате проблеми - тригонометрична таблицада помогна.
И опростяванията са абсолютно необходими, когато след диференциацията несигурността не е елиминиран.
Пример 8
Изчислете лимита, като използвате правилото на L'Hospital
Отивам:
Интересното е, че първоначалната несигурност след първото диференциране се превърна в несигурност и правилото на L'Hôpital се прилага невъзмутимо по-нататък. Също така забележете как след всеки "подход" четириетажната част се елиминира и константите се изваждат от знака за граница. В повече прости примерипо-удобно е да не изваждаме константи, но когато границата е сложна, опростяваме всичко-всичко-всичко. Коварството на разгадания пример се състои и в това, че когато , но следователно, в хода на елиминирането на синусите, не е изненадващо да се объркате в знаците. В предпоследния ред синусите не можеха да бъдат убити, но примерът е доста тежък, простимо.
Онзи ден попаднах на интересна задача:
Пример 9
Честно казано, малко се съмнявах на какво ще бъде равен този лимит. Както беше показано по-горе, "x" е повече висок редрастеж от логаритъма, но ще превъзхожда ли кубичния логаритъм? Опитайте се сами да разберете кой ще спечели.
Да, правилата на L'Hopital са не само стрелба по врабчета от оръдие, но и усърдна работа....
За да се приложат правилата на L'Hôpital към гевреци или уморени осмици, несигурността на формата е намалена.
Справянето с несигурността е обсъдено подробно в Примери #9-13 от урока. Методи за решаване на граници. Нека вземем още един просто заради това:
Пример 10
Изчислете границата на функция, като използвате правилото на L'Hopital
На първата стъпка привеждаме израза към общ знаменател, като по този начин превръщаме несигурността в несигурност. И тогава зареждаме правилото на L'Hopital:
Тук, между другото, е случаят, когато е безсмислено да се докосваме до четириетажния израз.
Несигурността също не се съпротивлява да се превърне в или:
Пример 11
Изчислете границата на функция, като използвате правилото на L'Hopital
Ограничението тук е едностранно и такива ограничения вече са обсъдени в ръководството Графики и свойства на функциите. Както си спомняте, графиката на "класическия" логаритъм не съществува отляво на оста, така че можем да се доближим до нулата само отдясно.
Правилата на L'Hôpital за едностранни ограничения работят, но първо трябва да се справим с несигурността. На първата стъпка правим фракцията триетажна, получавайки несигурността, след което решението следва схемата на шаблона:
След диференциране на числителя и знаменателя, ние се отърваваме от четириетажната дроб, за да направим опростения. В резултат на това се появи несигурност. Повтаряме трика: отново правим фракцията триетажна и отново прилагаме правилото на L'Hopital към получената несигурност:
Готов.
Човек може да се опита да намали първоначалния лимит до две понички:
Но, първо, производната в знаменателя е по-трудна и второ, нищо добро няма да излезе от това.
По този начин, преди да решите подобни примери, трябва да анализирате(устно или на чернова) ДО КАКВО несигурността е по-изгодно да се намали - до „нула до нула“ или до „безкрайност до безкрайност“.
На свой ред другарите по пиене и по-екзотичните другари се изтеглят към светлината. Методът на трансформация е прост и стандартен.
- Правилото на L'Hopital и разкриване на несигурности
- Разкриване на несигурности от типа "нула, разделена на нула" и "безкрайност, разделена на безкрайност"
- Разкриване на несигурности от формата "нула, умножена по безкрайност"
- Разкриване на несигурности от типа "нула на степен нула", "безкрайност на степен нула" и "един на степен безкрайност"
- Разкриване на несигурности във формата "безкрайност минус безкрайност"
Правилото на L'Hopital и разкриване на несигурности
Разкриването на несигурности във формата 0/0 или ∞/∞ и някои други несигурности е значително опростено с помощта на правилото на L'Hopital.
същност лопитал правила е, че в случай, когато изчисляването на границата на съотношенията на две функции дава несигурност от формата 0/0 или ∞/∞, границата на съотношението на две функции може да бъде заменена с границата на съотношението на техните производни и , като по този начин може да се получи определен резултат.
Като цяло, правилата на L'Hopital означават няколко теореми, които могат да бъдат предадени в следната една формулировка.
Правилото на L'Hopital. Ако функции f(х) И ж(х) са диференцируеми в някаква околност на точката , с възможно изключение на самата точка, и в тази околност
(1)
С други думи, за несигурности от формата 0/0 или ∞/∞, границата на съотношението на две функции е равна на границата на съотношението на техните производни, ако последното съществува (крайно или безкрайно).
В равенство (1) стойността , към която клони променливата, може да бъде или крайно число, или безкрайност, или минус безкрайност.
Несигурностите от други видове също могат да бъдат сведени до несигурности от типа 0/0 и ∞/∞.
Разкриване на несигурности от типа "нула, разделена на нула" и "безкрайност, разделена на безкрайност"
Пример 1Изчисли
х=2 води до неопределеност на формата 0/0. Затова прилагаме правилото на L'Hopital:
Пример 2Изчисли
Решение. Заместване в дадена функциястойности х
Пример 3Изчисли
Решение. Заместване във функция с дадена стойност х=0 води до неопределеност на формата 0/0. Затова прилагаме правилото на L'Hopital:
Пример 4Изчисли
Решение. Заместването на стойността на x, равна на плюс безкрайност, в дадена функция води до неопределеност под формата ∞/∞. Затова прилагаме правилото на L'Hopital:
Коментирайте. Ако границата на съотношението на производните е несигурност от формата 0/0 или ∞/∞, тогава правилото на L'Hopital може да се приложи отново, т.е. отидете до границата на отношението на вторите производни и т.н.
Пример 5Изчисли
Решение. Намираме
Тук правилото на L'Hospital се прилага два пъти, тъй като както границата на съотношението на функциите, така и границата на съотношението на производните дават несигурност от формата ∞/∞.
Пример 6Изчисли
Правилото на L'Hopital (p. L.) улеснява изчисляването на границите на функциите. Например, трябва да намерите границата на функция, която е отношението на функциите, клонящи към нула. Тези. съотношението на функцията е неопределеността 0/0. Ще помогне да го отворите. В границата отношението на функциите може да бъде заменено с отношението на производните на тези функции. Тези. необходимо е да се раздели производната на числителя на производната на знаменателя и да се вземе границата от тази дроб.
1. Несигурност 0/0. Първи п.Л.
Ако = 0, тогава ако последното съществува.
2. Несигурност на формата ∞/∞ Втора стр. L.
Намирането на граници от този тип се нарича разкриване на несигурности.
Ако = ∞, то ако последното съществува.
3. Несигурностите 0⋅∞, ∞-∞, 1∞ и 0 0 се редуцират до несигурности 0/0 и ∞/∞ чрез трансформации. Такава нотация служи за кратко указване на случая при намиране на границата. Всяка несигурност се разкрива по свой начин. Правилото на L'Hopital може да се прилага няколко пъти, докато се освободим от несигурността. Прилагането на правилото на L'Hopital е полезно, когато съотношението на производните може да се преобразува в по-удобна форма по-лесно от съотношението на функциите.
- 0⋅∞ е произведението на две функции, първата клони към нула, втората към безкрайност;
- ∞- ∞ разлика на клонящи към безкрайност функции;
- 1 ∞ степен, основата му клони към единица, а показателят към безкрайност;
- ∞ 0 степен, нейната основа клони към безкрайност, а степента клони към нула;
- 0 0 степен, основата му клони към 0 и показателят също клони към нула.
Пример 1. В този пример несигурността е 0/0
Пример 2. Тук ∞/∞
В тези примери ние разделяме производните на числителя на производните на знаменателя и заместваме граничната стойност за x.
Пример 3. Вид на неопределеността 0⋅∞ .
Трансформираме несигурността 0⋅∞ в ∞/∞, за това прехвърляме x в знаменателя под формата на дроб 1/x, в числителя записваме производната на числителя, а в знаменателя производната на знаменателя .
Пример 4 Изчислете границата на функция
Тук несигурността на формата ∞ 0 Първо вземаме логаритъм на функцията, след което намираме границата от нея
За да получите отговора, трябва да повдигнете e на степен -1, получаваме e -1.
Пример 5. Изчислете границата от if x → 0
Решение. Тип несигурност ∞ -∞ След като сведем дробта до общ знаменател, преминаваме от ∞-∞ към 0/0. Нека приложим правилото на L'Hospital, но отново получаваме несигурност 0/0, така че p.L. трябва да се приложи втори път. Решението изглежда така:
=
=
=
=
= =
Пример 6 Решете
Решение. Тип несигурност ∞/∞, разширявайки го получаваме
В случаи 3), 4), 5), функцията първо се логаритмира и се намира границата на логаритъма, след което желаната граница e се повишава до получената степен.
Пример 7 Изчисляване на лимит
Решение. Тук видът на несигурността е 1∞. Означаваме A =
Тогава lnA = = = = 2.
Основата на логаритъма е e, така че, за да получите отговора, трябва да повдигнете e на квадрат, получаваме e 2.
Понякога има случаи, когато връзката на функциите има граница, за разлика от връзката на производните, която няма.
Помислете за пример:
защото sinx е ограничено и x расте безкрайно, вторият член е 0.
Тази функция няма ограничение, т.к постоянно се колебае между 0 и 2, стр. L не се отнася за този пример.
Инструкция
Разкрива се неопределеност на формата [∞-∞], ако се има предвид разликата на някакви дроби. Привеждайки тази разлика към общ знаменател, получавате някакво съотношение на функциите.
Несигурности от типа 0^∞, 1^∞, ∞^0 възникват при изчислението от типа p(x)^q(x). В този случай се използва предварително диференциране. Тогава желаната граница А ще приеме формата на произведение, евентуално с готов знаменател. Ако не, тогава можете да използвате методологията на пример 3. Основното нещо е да не забравите да запишете крайния отговор във формата e^A (вижте фиг. 5).
Подобни видеа
източници:
- изчислете границата на функция без да използвате правилото на лопитал през 2019 г
Инструкция
Лимитът е число, към което клони променлива, променлива или стойност на израз. Обикновено променливите или функциите отиват или до нула, или до безкрайност. При границата, нула, количеството се счита за безкрайно малко. С други думи, количествата, които са променливи и се доближават до нула, се наричат безкрайно малки. Ако клони към безкрайност, тогава се нарича безкрайна граница. Обикновено се пише като:
limx=+∞.
Има редица имоти, някои от които са . По-долу са основните.
- една стойност има само една граница;
Границата на постоянна стойност е равна на стойността на тази константа;
Лимит на сумата е равно на суматаграници: lim(x+y)=lim x + lim y;
Границата на произведението е равна на произведението на границите: lim(xy)=lim x * lim y
Константният фактор може да бъде изваден от граничния знак: lim(Cx) = C * lim x, където C=const;
Границата на частното е равна на частното на границите: lim(x/y)=lim x / lim y.
В задачи с граници има както числови изрази, така и тези изрази. По-специално може да изглежда по следния начин:
limxn=a (като n→∞).
По-долу е неусложнена граница:
lim3n +1 /n+1
n→∞.
За да разрешите тази граница, разделете целия израз на n единици. Известно е, че ако единицата се дели на някакво количество n→∞, тогава границата 1/n е равна на нула. Обратното също е вярно: ако n→0, тогава 1/0=∞. Разделяйки целия пример на n, запишете го във формата по-долу и получете:
lim3+1/n/1+1/n=3
При решаването на граници могат да възникнат резултати, които се наричат несигурности. В такива случаи се прилагат правилата на L'Hospital. За да направите това, се създава повторна функция, която ще доведе примера във вид, в който може да бъде решен. Има два вида несигурност: 0/0 и ∞/∞. Пример с несигурност може да изглежда по-специално по следния начин:
lim 1-cosx/4x^2=(0/0)=lim sinx/8x=(0/0)=lim cosx/8=1/8
Подобни видеа
Изчисляване на лимита функции- основата на математическия анализ, на която са посветени много страници в учебниците. Понякога обаче не само дефиницията, но и самата същност на границата не е ясна. С прости думи, ограничението е приблизително едно променлива, което зависи от друго, до някаква конкретна единична стойност, докато тази друга стойност се променя. За успешно изчисление е достатъчно да имате предвид прост алгоритъм за решение.