Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Математический анализ_ЗФО_1 курс

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
09.05.2015
Размер:
4.49 Mб
Скачать

Предел функции

Определение:

Пусть даны два множества X и Y. Если каждому элементу x Î X соответствует один элемент y ÎY , то, говорят, что задана функция с областью определения X и областью значений, лежащих в Y.

f : X ® Y .

Определение:

Функция f называется возрастающей (на множестве X), если для любых x1 , x2 Î X

таких, что при x1 > x2 f (x1 ) ³ f (x2 ) .

Функция называется строго возрастающей, если при x1 > x2 f (x1 ) > f (x2 ) .

f ­: " x1 , x2 Î X : x1 > x2 Þ f (x1 ) ³ f (x2 ) .

Определение:

Функция f называется убывающей (на множестве X), если для любых x1 , x2 Î X

таких, что при x1 > x2 f (x1 ) £ f (x2 ) .

Функция называется строго возрастающей, если при x1 > x2 f (x1 ) < f (x2 ) .

f ¯: " x1 , x2 Î X : x1 > x2 Þ f (x1 ) £ f (x2 ) .

Определение:

Функция f называется невозрастающей на множестве X, если существует x1 > x2

такой, что f (x1 ) < f (x2 ) .

Функция f называется неубывающей на множестве X, если существует x1 < x2

такой, что f (x1 ) > f (x2 ) .

Определение:

Функция называется монотонной, если она либо возрастает, либо убывает.

Определение:

Число А называется пределом функции f (x) в точке а, если эта функция определена в некоторой окрестности точки а за исключением, быть может, самой точки а, и для каждого e > 0 существует d > 0 такое, что для всех х, удовлетворяющих условию

x - a < d , x ¹ a выполняется неравенство f (x) - A < e .

" e > 0 $d > 0 : x - a < d , x ¹ a Þ f (x) - A < e .

Свойства предела:

Теорема:

Пусть f : X ® R , g : X ® R – две функции с общей областью определения X.

Если существует lim f (x) = A

и lim g(x) = B для всех x Î X , то

 

 

 

 

x®a

 

x®a

 

 

 

 

1.

lim(af (x) + bg(x)) = a lim f (x) + b lim g(x) = a × A + b × B

 

 

 

x®a

 

x®a

x®a

 

 

 

 

2.

lim(f (x) × g(x))= lim f (x) ×lim g(x) = A × B

 

 

 

 

 

x®a

x®a

x®a

 

 

 

 

 

Если g(x) ¹ 0,

x Î X

и lim g(x) = B ¹ 0 , то lim

f (x)

 

lim f (x)

 

A

3.

=

x®a

=

 

lim g(x)

B

 

 

 

x®a

x®a g(x)

 

 

x®a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®2 (

4x2

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

Пример 1. Найти lim

- 6x +1

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

(

 

 

 

 

 

= lim 4x2 - lim 6x + lim1 = 4 lim x2 - 6 lim x + lim1 =

 

 

 

4x2 - 6x +1

 

 

 

x®2

 

 

 

 

 

 

 

x®2

 

x®2

x®2

x®2

x®2

x®2

 

 

 

= 4 ×22 - 6 ×2 +1 =16 -12 +1 = 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®2 (

 

 

 

 

 

= 4 ×22 - 6

×2 +1 =16 -12 +1 = 5 .

 

 

 

 

 

lim

 

4x2 - 6x +1

 

 

 

 

 

Пример 2. Найти lim

 

x2

- 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. При

x®2 x2 -5x + 6

 

 

 

 

 

 

 

 

x = 2 числитель и знаменатель данной функции обращается в нуль.

Получена

 

неопределенность

0

, которую

нужно

раскрыть .

Разложим числитель и

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

знаменатель на линейные множители

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 -

4

 

 

é0 ù

 

(x

- 2)(x + 2)

 

(x + 2)

 

2 + 2

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

=

ê

 

ú = lim

(x

- 2)(x - 3)

= lim

(x - 3)

=

 

=

 

 

2

 

 

 

 

 

2 -3

 

x®2 x

 

-5x + 6

ë0

û x®2

x®2

 

 

 

=

4

= -4

 

 

 

 

 

 

 

 

-1

 

 

 

 

 

Числитель разложили по формуле сокращенного умножения a2 - b2 = (a -b)(a + b),

знаменатель – используя формулу разложения квадратного трехчлена на множители :

ax2 + bx + c = a (x - x1 )(x - x2 ) , где x1,

x2 - корни уравнения ax2 + bx + c = 0

 

 

Пример 3. Найти предел lim

x 3

+ 7 x 2 + 16 x + 12

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

x®-2

 

x 3 + 3x 2 - 4

Решение. При x = -2 многочлены в числителе и знаменателе исходного выражения обращаются в нуль, следовательно, их пределы в точке x = -2 равны нулю и мы имеем

0

неопределённость вида 0 . Преобразуем исходное выражение. Разложим многочлены в

его числителе и знаменателе на множители, воспользовавшись тем, что x = 2 является их корнем, с помощью группировки слагаемых или разделив их на х - 2 :

_ x3 + 7x 2 +16x +12

x + 2

_ x3 + 3x 2 - 4

 

x + 2

 

 

 

x3 + 2x 2

 

x 2 + 5x + 6

 

x3 + 2x 2

 

 

 

x 2 + x - 2

 

_ 5x 2 +16x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_ x 2 - 4

 

5x 2 +10x

 

 

 

x 2 + 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_ 6x +12

 

 

 

 

_ - 2x - 4

 

 

6x +12

 

 

 

 

 

- 2x - 4

 

0

 

 

(x2 +5x +

,

 

 

0

 

.

 

 

lim

6)(x + 2)

= lim

x2

+5x + 6

 

 

 

(x2 + x - 2)(x + 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем x®-2

x®-2 x2 + x - 2 .

 

Мы снова имеем неопределённость, так как при х = 2 числитель и знаменатель последней дроби обращаются в нуль. Разлагаем их на множители, сокращаем и находим

искомый предел:

lim

(x + 2)(x +3)

= lim

x +3

 

= -

1

.

 

 

 

 

x®-2 (x + 2)(x -1) x®-2 x -1

3

 

 

Пример 4. Найти предел lim

x2

+ x -

2x + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 -3x + 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Имеем неопределённость вида

 

 

. Преобразуем исходное выражение,

 

 

0

умножив его числитель и знаменатель на множитель

x 2

+ x +

2x + 2 , сопряжённый к

числителю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

(

x2 + x - 2x + 2)( x2 + x + 2x + 2)

= lim

 

 

 

 

x2 - x - 2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 -3x + 2)( x2 + x + 2x + 2)

x®2

(x2 -3x + 2)( x2 + x + 2x + 2)

 

 

x®2

 

 

 

Поскольку

lim(

x2 + x +

2x + 2)= 2

6 , то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

lim

x2 - x - 2

=

1

lim

(x

- 2)(x +1)

=

1

 

lim

x +1

=

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 6

 

 

2 6 x®2 x2 - 3x + 2

2

 

6 x®2 (x - 2)(x -1)

 

2 6 x®2 x -1

 

 

 

 

Понятие бесконечно малых функций. Их применение к нахождению пределов.

Определение:

Функцию f : X ® R называют бесконечно малой при х ® а , если lim f (x) = 0 ,

x®a

x Î X .

Определение:

Функции f : X ® R и g : X ® R называются эквивалентными при х ® а , x Î X ,

если lim f (x) = 1 .

x®a g(x)

При вычислении пределов удобно пользоваться заменой бесконечно малых на эквивалентные. Если f – бесконечно малая при х ® а , то справедливо:

sin[ f (x)]

эквивалентна

f (x)

tg[ f (x)]

эквивалентна

f (x)

arcsin[ f (x)]

эквивалентна

f (x)

arctg[ f (x)]

эквивалентна

f (x)

cos[ f (x)]

эквивалентна

1 -

f 2 (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

ln[1 + f (x)]

эквивалентна

f (x)

a f ( x) -1

эквивалентна

f (x) × ln a

e f ( x)

эквивалентна

1 + f (x)

[1 + f (x)]p

эквивалентна

1 + p × f (x)

 

1

 

эквивалентна

1 + f (x)

 

 

 

 

 

 

[1+ f (x)]p

 

 

 

 

 

 

p

Пример 1.

lim

sin 2x

= lim

2x

=

2

 

 

 

 

 

 

x®0 arctg3x

x®0 3x 3

Пример 2.

lim

sin 5x

= lim

5x

= 5

 

 

x®0 x

x®0 x

 

 

 

 

 

æ

 

 

x

2

ö

æ

(3x)

2

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

-

 

 

÷

ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x - cos 3x

 

 

ç1

 

2

÷ -

ç1 -

2

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

4x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. lim

= lim

è

 

 

 

ø

è

 

ø

 

= lim

 

 

 

 

= 4

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0 x 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

x 2

1

 

 

 

 

æ

 

æ

 

 

 

x 2

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ö 2

 

 

 

 

 

 

 

 

ö 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 -

ç1

-

 

 

 

 

 

÷

 

1

- ç1

+ ç

-

 

 

 

 

 

 

÷

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - cos x

 

 

 

ç

 

 

 

 

2

÷

 

 

 

 

ç

 

ç

 

 

 

 

2

÷

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4. lim

= lim

 

è

 

 

 

 

ø

= lim

 

 

è

 

è

 

 

 

 

ø

ø

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - cos x

 

 

 

æ

 

 

 

 

x

2 ö

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

x®0

 

 

 

 

 

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 -

ç

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç1 -

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

2 ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

x

2

 

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 -

ç

 

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç1 -

 

4

 

÷

 

2x

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

ø

= lim

 

=

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0 4x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5. Вычислить предел lim

arcsin(x3 - 3x 2 )ln(x 2 - 2x - 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin px(

x -1 -

2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Заметив, что все сомножители в числителе и знаменателе исходного

 

 

 

 

выражения есть бесконечно малые при x ® 3 , заменим их, кроме

 

 

 

x -1 -

 

2 , на

 

 

 

 

 

эквивалентные:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arcsin(x3 - 3x2 )~ x3 - 3x2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(x2 - 2x - 2)= ln((x2 - 2x - 3)+1)~ x2 - 2x - 3,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sinpx = sin(p ( x - 3) + 3p ) = -sin(p (x - 3)) ~ -p (x - 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем:

 

= -lim x(x - 3)2 (x +1)(

 

 

 

 

 

 

 

 

2 )= - 1 lim x(x +1)(

 

 

 

 

a = lim (x3 - 3x2 )(x 2 - 2x - 3)

x -1 +

x -1 + 2 )=

x®3 -p (x - 3)( x -1 - 2 )

 

x®3

 

 

 

 

p (x - 3)(x -1 - 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p x®3

 

 

 

 

 

 

 

= - 72 2

p.

Первый и второй замечательные пределы

Первый замечательный предел имеет вид:

lim sin x = 1

x®0 x

Следствия первого замечательного предела:

1.

lim

x

= lim

 

1

=

1

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0 sin x

 

 

x®0 sin x

1

 

 

 

 

 

 

sin (kx)

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

lim

 

= lim

sin t

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

kx

 

 

t ®0

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

lim

kx

 

 

= lim

 

 

 

1

 

 

 

=

1

= 1

 

 

 

 

 

sin( kx)

 

 

 

x®0

sin(kx) x®0

 

 

 

1

 

kx

Второй замечательный предел имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

1 öx

= e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

ç1

+

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®¥è

 

 

x ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim(1 + x)

 

 

= e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следствия из второго замечательного предела:

 

 

 

 

 

æ

 

a öx

 

 

a

 

 

 

 

lim

ç1 +

 

 

 

÷ = e

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®¥è

 

x ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim(1 + x)

 

 

= ea .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 1. Найти lim

sin3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. lim

sin 3x

= lim

sin 3x

 

 

= lim

3

 

 

sin 3x

=

 

3

×1 =

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0

 

2x

 

 

 

 

x®0

 

 

 

 

 

 

 

x®0 2 3x

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Найти lim

 

 

 

3x2

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0 1- cos(2x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. По используя тригонометрическую формулу sin 2

 

x =

1 - cos 2x

(формула

 

 

 

 

понижения степени) заменим 1 - cos 2x = 2 sin 2

x , получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

3x 2

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

3x 2

 

 

 

 

 

=

3

lim

 

 

x2

 

 

 

=

3

 

lim

æ x

×

 

 

x

ö

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®0 1 - cos(2x)

 

 

 

x®0 2 sin 2 x

 

2 x®0 sin 2

 

 

 

2 x®0è sin x

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

3

lim

 

 

 

 

x

 

× lim

 

 

x

 

=

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x®0 sin x

 

x®0 sin x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Найти lim

 

 

 

 

 

 

ö

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç1

-

 

 

 

 

 

 

÷ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®¥è

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

Мы

 

 

имеем

неопределенность вида 1¥ .

 

Значит, приведем

 

выражение к

æ

 

1

ö

и

– т.е сведем ко второму замечательному пределу:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

виду ç1

+

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

 

 

2 ö

x2 +1

 

 

 

æ

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

 

2

 

ö

ö

 

x2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

limç1

-

 

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

= limç1 +

ç-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

÷

÷

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®¥è

 

 

 

x

 

+1ø

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

è x

 

 

+1ø

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®¥è

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

 

2

 

 

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

1

 

 

 

x +1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.к.

 

=

 

×

= -

 

ç

 

 

 

x +1

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

 

×ç-

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

÷ , то продолжим равенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

+1

 

æ

1 ö

 

 

 

 

 

æ

æ

 

 

 

2

öö

-

 

 

 

×ç -

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

è

2 ø

= {x

= lim ç1 + ç

-

 

 

 

÷÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

è

 

x

+1

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x®¥è

 

 

øø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и ö-

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

1 ö

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

-

 

 

 

 

= и

= limç

ç1

+

 

 

 

÷

÷

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

+1

 

 

 

и®¥ç

è

 

 

 

 

и ø

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ x + 3 öx

Пример 4. Найти lim ç ÷ x®¥ è x - 2 ø

Решение:

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

 

 

x2 +1

× ö-

1

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

2 öö

-

2

 

a×b

= (x

a b

)} = lim

çæ

 

 

 

2 ÷

 

 

 

 

ççç1

+ ç

-

 

 

 

÷÷÷

÷

= .

 

 

x

2

+1

 

 

 

x®¥çè

è

 

 

øø

÷

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

-1

=e 2 .

В данном случае снова имеем неопределенность вида1¥ . Выделим целую часть и сведем ко второму замечательному пределу:

x + 3 x - 2

x - 2 1

5

æ x + 3 öx lim ç ÷ x®¥ è x - 2 ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

×x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

éæ

 

 

 

x-

2

ù

 

 

 

 

 

æ

 

5

öx

 

 

5

ö

x-2

lim

5 x

 

 

 

 

 

5

 

 

= lim

ç1

+

 

÷

=lim

êç1

+

 

÷

 

ú

 

 

= ex®¥ x-2 = e5

x - 2

x - 2

 

x®¥ è

 

ø

x®¥

êè

 

ø

 

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ë

 

 

 

 

û

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1442443

 

 

 

 

 

e

или разделим числитель и знаменатель на x

æ x + 3 öx lim ç ÷ x®¥ è x - 2 ø

 

æ

1+

3

 

öx

 

ç

 

÷

= lim

x

ç

 

 

 

÷

 

 

 

 

x®¥

ç

1-

2

÷

 

 

 

è

 

 

x ø

=lim

x®¥

æ

+

3

öx

 

ç1

 

÷

 

x

 

è

 

ø

=

æ

-

2

öx

 

ç1

 

÷

 

x

 

è

 

ø

 

 

æ

+

3

öx

lim

ç1

 

÷

x

x®¥ è

 

ø

 

æ

-

2

öx

lim

ç1

 

÷

x

x®¥ è

 

ø

= e3 = e5 . e-2

 

 

 

1

 

æ

 

 

2 ö

 

 

 

 

x sin 3 x

 

Пример 5. Вычислить предел функции limç

3

-

 

÷

 

.

 

x®0 è

 

 

cos x ø

 

Решение. Находим пределы основания и показателя степени исходного выражения и убеждаемся в том, что перед нами неопределённость вида 1¥. Выделяем в исходном

1

выражении формулу (1 + t t), t ® 0, и вычисляем предел.

 

 

 

1

 

æ

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

æ

 

2 ö x sin 3x

çæ

 

2(cos x -1)ö2(cos x-1)

a = limç1 + 2

-

 

 

 

 

÷

 

 

= limçç1 +

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

cos x

x®0è

 

cos x ø

 

x®0çè

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2(cos -1)

 

 

 

1

2(cos -1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

= limçæ(1 + t

 

)÷ö x sin 3x cos x = limçæ

(1+ t

 

)÷ö x sin 3x

= lim e

t

t

x®0è

 

ø

 

 

 

 

 

x®0 è

 

ø

 

 

 

x®0

2(cos -1)

ö x sin 3x cos x

÷

÷ = t =

÷

ø

4 sin

2 x

 

 

-x2

 

2

 

= lim e

x×3x

 

3x2

 

 

 

 

x®0

2(cos x -1) = cos x

-1

=e 3 .

Производная функции. Основные определения

Пусть задана некоторая функция f : X ® R и х – ее аргумент. Dх называют приращением аргумента функции.

При переходе от х0 к х0 + Dх значение функции изменяется от f (x0 ) к f (x0 + Dx) соответственно.

Разность f (x0 + Dx) - f (x0 ) = Df (x) называют приращением функции.

Определение:

 

f (x) определена на промежутке (a; b) и x0 , x0

+ Dx Î (a; b) .

 

 

Пусть функция

 

 

Производной функции f (x) в точке х0 называется предел отношения

 

 

 

 

 

приращения функции к приращению аргумента при Dх ® 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ¢(x0 ) = lim

 

f (x0

+ Dx) - f (x0 )

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если он существует и конечен!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функцию f (x)

 

называют дифференцируемой в точке х0 , если она имеет в ней

конечную производную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если f (x)

дифференцируема в каждой точке промежутка (a; b) , то

f (x)

 

 

 

 

 

называют дифференцируемой на этом промежутке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. Найти производную функции

f (x) = sin 2x в точке x0

=

p

по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

определению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

sin (2(x0 + Dx))- sin 2x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(sin 2x0 )

= lim

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 sin (2(x0

+ Dx))- 2x0 ×cos

(2(x0 + Dx))+ 2x0

 

 

sin

(Dx

)×cos(2x0

+ Dx)

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

= 2 lim

=

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

Dx

 

Dx®0

 

 

(Dx )

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

p

ö

 

 

= 2 lim

 

 

 

× cos(2x0 + Dx) = 2 lim cos(2x0

+ Dx)= 2 cos(2x0

+ 0) = 2 cosç2

×

 

÷

= 1.

 

 

 

6

Dx®0

 

Dx

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

ø

 

 

Правила дифференцирования

Пусть заданы функции

f : X ® R и g : X ® R , дифференцируемые во множестве

Х. Тогда справедливы равенства:

 

 

1.

 

 

¢

 

 

 

¢

 

 

C Î R

(С × f (x)) = C × f

(x),

 

2.

 

 

 

 

¢

¢

 

¢

 

 

(f (x) ± g(x))

=

f (x)

± g (x)

3.

 

 

¢

 

¢

 

 

¢

(f (x) × g(x))

 

= f (x)g(x) +

f (x) × g (x)

 

æ

f (x)

ö¢

f

¢

 

 

 

 

¢

 

4.

ç

÷ =

 

(x)g(x) - f (x)g (x)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

ç

 

÷

 

 

 

g

(x)

 

 

 

è g(x)

ø

 

 

 

 

 

 

Доказательство:

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

Cf (x + Dx) - Cf (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x + Dx) - f (x)

¢

 

 

 

 

 

 

 

1.

(С × f (x))

= lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= C lim

 

 

 

 

 

 

= C × f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f (x) ± g(x))¢ = lim [f (x + Dx) ± g(x + Dx)]- [f (x) ± g(x)] =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

= lim

f (x + Dx) ± g(x + Dx) - (f (x) ± g(x))

= lim

 

f (x + Dx) - f (x) ± g(x + Dx) - (± g(x))

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x + Dx) - f (x)

 

 

 

g(x + Dx)

- g(x)

 

 

 

 

¢

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

 

 

 

±

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

f (x)

± g

(x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

(f (x) × g(x))¢ = lim

f (x + Dx)g(x + Dx) - f (x)g(x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заметим, что f (x) + Df (x) = f (x) + f (x + Dx) - f (x) , и аналогично с функцией

 

 

g(x) : g(x) + Dg(x) = g(x) + g(x + Dx) - g(x) . Тогда продолжим равенство:

 

 

 

 

 

lim

(f (x) + Df (x))(g(x) + Dg(x))- f (x)g(x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

f (x)g(x) + Df (x)g(x) + f (x)Dg(x) + Df (x)Dg(x) - f (x)g(x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

Df (x)g(x) + f (x)Dg(x) + Df (x)Dg(x)

= lim

 

Df (x)g(x)

+ lim

 

f (x)Dg(x)

+ lim

Df (x)Dg(x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

 

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

Dx

 

Dx®0

 

 

Dx

Dx®0

Dx

g(x) lim

Df (x)

+ f (x) lim

Dg(x)

 

Df (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ lim

 

 

 

 

 

 

× lim Dg(x) = g(x) f

 

( x) + f (x)g (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0 Dx

 

 

 

Dx®0

 

Dx Dx®0 Dx Dx®0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.к. Dg(x) = g(x + Dx) - g(x) , то при Dx ® 0 следует g(x + Dx) ® g(x) , тогда Dg(x) = g(x + Dx) - g(x) ® g(x) - g(x) = 0 . Следовательно третье слагаемое в

нашем равенстве lim Df (x) × lim Dg(x) = f ¢(x) × 0 = 0 .

Dx®0 Dx Dx®0

 

 

 

¢

 

f (x + Dx)

-

f (x)

 

 

 

æ

 

ö

 

 

 

 

 

f (x)

 

 

g(x + Dx) g(x)

 

f (x + Dx)g(x) - f (x)g(x + Dx)

 

4. ç

÷

= lim

 

= lim

=

 

 

 

 

è g(x)

ø

Dx®0

Dx

Dx®0

g(x + Dx)g(x)Dx

ç

 

÷

 

 

 

 

 

Т.к. Dx ® 0 , то g(x + Dx) ® g(x) , продолжая равенство, получим:

= lim ( f (x) + Df (x))g(x) - (g(x) + Dg(x))f (x) =

 

 

 

 

 

 

 

Dx®0

 

 

 

g 2 (x)Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

lim

f (x)g(x) + Df (x)g(x) - f (x)g(x) - f (x)Dg(x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g 2 (x) Dx®0

 

Dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

é

 

Df (x)g(x) - f (x)Dg(x) ù

 

 

1

é

Df (x)g(x)

 

f (x)Dg(x) ù

 

=

 

 

 

 

êlim

 

 

ú

=

 

 

 

êlim

 

 

- lim

 

ú

=

g

2

 

 

Dx

 

g

2

 

Dx

Dx

 

 

(x) ëDx®0

û

 

 

(x) ëDx®0

Dx®0

û

 

1

 

¢

 

¢

 

 

 

 

 

f

¢

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x)g(x) - f

(x)g (x)

 

 

 

 

=

 

[f

(x)g(x) - f (x)g (x)]=

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

g 2 (x)

 

 

 

 

g 2 (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица производных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С¢ = 0

 

 

 

 

 

 

 

¢

= cos x

 

 

 

 

(Х n

¢ )= n × X n-1

 

 

 

 

(sin x)

 

 

 

 

 

 

 

 

(cos x)¢ = -sin x

 

 

 

 

(a x

¢ )= a x × ln a

 

 

 

 

(tgx)¢ =

1

 

 

 

 

 

 

(e x

¢)= e x

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ctgx)¢ = -

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x

 

 

 

 

(log a x)¢ =

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

x

× ln a

 

(arcsin x)¢ =

 

 

 

 

 

(ln x ¢)=

1

 

 

1 - x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

(arccos x)¢ = -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(arctgx)¢ =

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + x 2

 

 

 

(arcctgx)¢ = -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 1. Найти производную функции y = 3x5 + 6x7 − 8х3 + x2 − 12 в точке x0 = –1.

Решение.

y' = 3(x5)' + 6(x7)' − 8(х3)' + (x2)' − (12)' = 15x4 + 42x6 − 24х2 + 2x.

Тогда производная функции в точке x0 = –1:

y'(–1) = 15(–1)4 + 42(–1)6 − 24(–1)2 +2(−1) = 15 + 42 – 24 − 2 = 31.

Пример 2. Найти производную функции y =

 

 

1

 

-

 

2

 

 

+

3

 

в точке x0 = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

x3

3

 

x5

 

x

 

 

Решение. Преобразуем функцию:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

3

-

3

 

 

 

-

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

-

 

+

 

= x 5 - 2x 3 + 3x-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 x3 3 x5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

-

3

ö¢ æ

-

5

 

ö¢

 

 

 

 

 

-

3

-1

 

 

æ

 

 

 

5

-

5

-1

ö

 

y¢ = ç x

5

÷ -ç

2x 3

÷ + (3x-1 )¢

= -

3

x 5

- 2

ç

 

-

x 3

÷

+ 3(-x-1-1 ) =

 

 

 

è

 

 

ø è

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

è

3

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

10

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= -

 

x-

 

 

+

 

 

x-

 

-3x-2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции в точке x0 = 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

-

8

 

 

 

 

10

 

 

-

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y (1)

== -

 

 

×1

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

×1

 

 

 

 

 

- 3×1

 

 

= -

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

- 3

= -

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

5

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

 

 

-5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Найти производную функции

 

 

 

y =

 

x

x

в точке x0 = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Преобразуем функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 -3

 

 

 

 

 

 

1 - 3

 

 

- 7

 

 

 

 

- 4

 

 

 

 

 

 

3

x - 5

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

y =

 

 

 

 

 

 

= 3

 

 

 

 

 

-5

 

 

 

 

 

 

 

= 3x

3

 

2

 

- 5x

6

 

2

= 3x

6

 

- 5x

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

-

7

 

 

 

-

4

 

ö¢

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

7

ö

 

 

-

7

-1

 

 

æ

 

 

 

 

4

ö

 

-

4

-1

 

 

 

7

-

13

 

 

20

 

-

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y¢ = ç

3x 6 -

5x 3

÷ = 3×

ç

-

 

 

 

 

 

÷ x 6

-

5ç

-

 

 

 

 

 

÷ x 3

= -

 

x 6 +

 

 

 

x 3 .

6

 

3

 

2

3

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции в точке x0 = 1:

y¢(1) = - 7 + 20 = 19 . 2 3 6

Пример 4. Найти производную функции у = 4х3 sin x в точке x0 = π/2.

Решение. Воспользуемся правилом нахождения производной произведения двух

функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

=

¢

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f (x) × g(x))

f (x)g(x) +

f (x) × g (x) .

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

(

 

 

3

 

 

 

¢

 

 

 

(

 

3

¢

)

 

 

 

3

 

¢

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

y =

4х

 

sin x

)

=

4

x

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4 ×3x sin x + 4х

 

cos x =

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x + 4х (sin x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=12x2 sin x + 4х3 cos x.

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции в точке x0 = π/2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y¢

æ p ö

 

æ p ö2

 

 

 

p

 

æ p ö3

 

p

 

 

p 2

 

p 3

 

 

2

 

 

ç

 

÷

=12

ç

 

 

 

÷

sin

 

+ 4

ç

 

÷ cos

 

=12 ×

 

 

×1+ 4 ×

 

×0 = 3p

 

.

 

 

 

 

 

2

 

2

4

8

 

 

 

è

2 ø

 

è

2 ø

 

 

 

 

 

è

2 ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5. Найти производную функции y = (x + 8)ctg x в точке x0 = π/4.

Решение. Воспользуемся правилом нахождения производной произведения двух

функций:

(f (x) × g(x))¢ = f ¢(x)g(x) + f (x) × g ¢(x) .

Тогда