Теорема

(Принцип двустороннего ограничения, теорема о двух милиционерах, теорема сжатия, правило сэндвича, теорема о трех струнах).

Если и существует номер , что для любого выполняется неравенство , то последовательность сходится, причем

24. Найти пределы , .

25. Сформулируйте теорему о сжатой переменной.

(о сжатой переменной).

 

Пусть, начиная с некоторого , выполняются неравенства , причем крайние переменные имеют одинаковый конечный предел , тогда переменная также имеет предел, причем тот же самый.

 

26. Докажите первый замечательный предел.

Определение 2.11 Первым замечательным пределом называется предел

 

Теорема 2.14 Первый замечательный предел равен

Доказательство. Рассмотрим два односторонних предела и и докажем, что каждый из них равен 1. Тогда по теореме 2.1 двусторонний предел также будет равняться 1.

Итак, пусть (этот интервал -- одно из окончаний базы ). В тригонометрическом круге (радиуса ) с центром построим центральный угол, равный , и проведём вертикальную касательную в точке пересечения горизонтальной оси с окружностью (). Обозначим точку пересечения луча с углом наклона с окружностью буквой , а с вертикальной касательной -- буквой ; через обозначим проекцию точки на горизонтальную ось.

Рис.2.27.Тригонометрический круг

 

Пусть -- площадь треугольника , -- площадь кругового сектора , а -- площадь треугольника . Тогда очевидно следующее неравенство:

Заметим, что горизонтальная координата точки равна , а вертикальная -- (это высота треугольника ), так что . Площадь центрального сектора круга радиуса с центральным углом равна , так что . Из треугольника находим, что . Поэтому Неравенство, связывающее площади трёх фигур, можно теперь записать в виде

Все три части этого неравенства положительны, поэтому его можно записать так:

или (умножив на ) так:

Предел постоянной 1 в правой части неравенства, очевидно, равен 1. Если мы покажем, что при предел в левой части неравенства тоже равен 1, то по теореме "о двух милиционерах" предел средней части также будет равен 1.

Итак, осталось доказать, что . Сперва заметим, что , так как равняется длине дуги окружности , которая, очевидно, длиннее хорды . Применяя теорему "о двух милиционерах" к неравенству

при , получаем, что

(2.3)

Простая замена переменной показывает, что и . Теперь заметим, что . Применяя теоремы о линейности предела и о пределе произведения, получаем:

(2.4)

Тем самым показано, что

Сделаем теперь замену ; при этом база перейдёт в базу (что означает, что если , то ). Значит,

но ( -- нечётная функция), и поэтому

Мы показали, что левосторонний предел также равен 1, что и завершает доказательство теоремы.

 

Доказанная теорема означает, что график функции выглядит так:

Рис.2.28.График

 

Приведём примеры применения первого замечательного предела для вычисления других родственных пределов.

 

27. Как сравнить две бесконечно малые?

Определения. Пусть при функции f(x) и g(x) являются бесконечно малыми. Тогда:

2. Если , то f(x) называется бесконечно малой высшего порядка относительно g(x).

2. Если (конечен и отличен от 0), то f(x) называется бесконечно малой n-го порядка относительно g(x).

3. Если , то f(x) и g(x) называются эквивалентными бесконечно малыми.Эквивалентность записывается так: .

Свойства эквивалентных бесконечно малых:

1. Разность двух эквивалентных бесконечно малых есть бесконечно малая высшего порядка относительно каждой из них.

2. Если из суммы нескольких бесконечно малых разных порядков отбросить бесконечно малые высших порядков, то оставшаяся часть, называемая главной, эквивалентна всей сумме.

Из первого свойства следует, что эквивалентные бесконечно малые могут сделаться приближенно равными со сколь угодно малой относительной погрешностью. Поэтому знак мы применяем как для обозначения эквивалентности бесконечно малых, так и для записи приближенного равенства их достаточно малых значений.

 

28. Как определяется порядок малости одной бесконечно малой относительно другой?

Пусть и – бесконечно малые функции при . Предел отношения этих величин может принимать любые значения – в зависимости от быстроты убывания одной величины относительно другой. Для сопоставления скоростей убывания этих величин при стремлении x точке a можно использовать предел отношения

Если этот предел представляет собой конечное ненулевое число, то и называются бесконечно малыми одного и того же порядка.
Особый интерес представляет частный случай, когда λ = 1. Тогда говорят, что и являются эквивалентными бесконечно малыми при и записывают это утверждение в виде

Если λ = 0, то говорят, что является бесконечно малой более высокого порядка по сравнению с при а функция имеет меньший порядок малости.

Термин “порядок малости” допускает уточнение, если и представляют собой бесконечно малые одного и того же порядка. В этом случае говорят, что является бесконечно малой n-го порядка по сравнению с . Например, функция является бесконечно малой 4-го порядка по сравнению с при x → 0.

Если λ = ∞, то бесконечно малые и как бы меняются своими ролями. В этом случае функция является бесконечно малой более высокого порядка по сравнению с при .

29. Определите порядок малости и относительно при . Отв. .

30. Доказать теоремы 1,2.

31. Запишите таблицу эквивалентных бесконечно малых.

32. Для заданных функций найти эквивалентные в соответствующем процессе изменения величины 1) . Отв. ;

2) . Отв. ; 3) . Отв. ; 4) Отв..

33. Дайте определения непрерывности функции и точек разрыва. Исследуйте функцию на непрерывность

34. Вычислить с помощью эквивалентных бесконечно малых . Отв. 5; . Отв. .

35. Перечислите задачи, приводящие к понятию производной. Что в них общего?

Задача о скорости движущейся точки.

Пусть s = s (t) представляет закон прямолинейного движения материальной точки.

Это уравнение выражает путь s, пройденный точкой, как функцию времени t.

Обозначим через Δs путь, пройденный за промежуток времени Δt от момента t до t + Δt , т. е.
Δs = s(t + Δt ) - s (t). Отношение называется средней скоростью точки за время от t до t + Δt.

Чем меньше Δt, т. е. чем короче промежуток времени от t до t + Δt, тем лучше средняя скорость характеризует движение точки в момент времени t. Поэтому естественно ввести понятие скорости v в данный момент t, определив ее как предел средней скорости за промежуток отt до t + Δt, когда Δt→ 0:

Величина v называется мгновенной скоростью точки в данный момент t.

Задача о касательной к данной кривой.

Пусть на плоскости хОу дана кривая уравнением у = f (х). Требуется провести касательную к данной кривой в данной точке .

Так как точка касания дана, то для решения задачи потребуется найти только угловой коэффициент искомой касательной, т. е. tg φ — тангенс угла наклона касательной к положительному направлению оси Ох (рис.).
Через точки и проведем секущую

Из рис. видно, что угловой коэффициент tg α секущей равен отношению — , где
Угловой коэффициент касательной к данной кривой в точке можно найти на основании следующего определения:
касательной к кривой в точке называется прямая , угловой коэффициент которой равен пределу углового коэффициента секущей , когда . Отсюда следует, что

 

36. Дайте определение производной функции в точке.

Определение производной функции в точке.

Пусть функция f(x) определена на промежутке (a; b), и - точки этого промежутка.Производной функции f(x) в точке называется предел отношения приращения функции к приращению аргумента при . Обозначается .

 

37. В чем состоит геометрический смысл производной?

Геометрический смысл производной состоит в том, что значение производной f'(x0) равно угловому коэффициенту касательной к графику функции y=f(x) в точке с абсциссой х0.

38. В чем состоит физический смысл производной?

Первая производная задаёт мгновенную скорость изменения значений функции.
Вторая производная задаёт ускорение.
Третья производная задаёт скорость изменения ускорения.

39. Запишите уравнение касательной и нормали к графику функции.