|
|
|
|
|
116 |
|||||
2) Многочлены |
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
являются бесконечно большими величинами |
|||||||
одного порядка при |
, если |
, т.к. |
|
|
|
|
|
(см. §6). |
||
|
|
|
||||||||
Если |
, то многочлен |
является бесконечно большой величиной более |
||||||||
высокого порядка при |
, чем |
, т.к. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Если |
, то многочлен |
является бесконечно большой величиной более |
||||||||
высокого порядка при |
, чем |
, т.к. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
§ 9. Эквивалентные бесконечно малые величины.
Пусть |
и |
две бесконечно малые величины при |
|
: |
|||||
|
|
, |
. |
|
|
|
|
||
Определение. Бесконечно малые величины |
|
и |
называются |
|
|||||
эквивалентными при |
, если |
|
. |
Обозначение: |
|
|
|||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
при |
. |
|
|
|
|
Замечание. Эквивалентные бесконечно малые величины являются частным случаем |
|
||||||||
бесконечно малых одного порядка ( |
). Если |
и |
бесконечно малые одного |
||||||
порядка при |
: |
|
, где |
|
и |
, |
то |
при |
. |
|
|
||||||||
Из первого и второго замечательных пределов и их следствий (см. §6) получаем примеры простейших эквивалентных бесконечно малых величин:
при .
Свойства эквивалентных бесконечно малых величин.
Пусть |
, |
и |
бесконечно малые величины при |
. Из |
|
определения эквивалентности бесконечно малых следуют очевидные свойства: |
|
||||
|
1). Рефлексивность: |
; |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
117 |
||||
|
|
|
2). Симметричность: |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
3). Транзитивность: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|||||||||||||||||
Теорема 1. Пусть |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, … , |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
, |
|
|
|
|
|
|
, … , |
|
|
|
при |
. |
Тогда |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Доказательство. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Заметим сначала, что если |
|
|
и |
|
, то |
|
|
|
|
|
|
. |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Действительно: |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Введем обозначения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Остается доказать, что |
|
|
|
|
|
|
|
и |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично для |
и |
. Теорема доказана. |
Согласно доказанной теореме при вычислении пределов произведений и частных бесконечно малые множители можно заменить их эквивалентностями.
Например: |
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Замечание. При вычислении пределов сумм и разностей замена бесконечно малых
слагаемых их эквивалентностями недопустима. Это может привести к неверным результатам.
Используя замечательные пределы (§7) и теорему о замене переменной (§2), можно составить следующую таблицу эквивалентностей.
Таблица замечательных эквивалентностей.
Пусть |
бесконечно малая величина при |
: |
|
. Тогда |
|
|
|
1) |
, |
6) |
, |
2) |
, |
7) |
, |
118
3) |
, |
8) |
, |
|
|
|
4) |
, |
9) |
|
|
, |
|
|
||||||
5) |
|
, |
10) |
. |
||
|
||||||
Пример.
при
при
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Теорема 2. Для того, чтобы две бесконечно малые функции |
и |
|
|
|
были |
||||||||||||||||||
эквивалентными при |
|
|
|
|
, необходимо и достаточно, чтобы их разность |
||||||||||||||||||
была бесконечно малой более высокого порядка, чем каждая из них: |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
Доказательство. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пусть |
; тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
при |
|
|
|
; аналогично: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
при |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть |
при |
|
|
; тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
аналогично в случае |
|
|
|
|
при |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Главная часть бесконечно малой функции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Определение. Пусть |
, |
|
|
|
бесконечно малые функции при |
|||||||||||||||||
± . Функция называется главной частью функции |
при |
→ |
|
±0, ± , если = |
|||||||||||||||||||
|
|
при |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Из Теоремы 2 следует, что одна бесконечно малая является главной частью другой бесконечно малой при тогда и только тогда, когда они эквивалентны:
главная часть |
при |
|
при |
. |
Бесконечно малая функция может иметь бесконечно много главных частей. |
||||
Поэтому ищут эту главную часть обычно в виде степенной функции |
, в |
|||
частности, при |
Например: |
|
|
|
при |
|
|
при |
; |
119
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
; |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
; |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
; |
|||
|
Для бесконечно больших функций |
|
и |
|
при |
|
|
|
|
: |
||||||||||||||||||||||
, |
|
|
|
|
|
|
|
также можно ввести понятие эквивалентности: |
||||||||||||||||||||||||
Примеры. |
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
б.б.в. при |
. |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
, т.к. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2) |
Многочлен |
|
и его первый член |
б.б.в. |
||||||||||||
при |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
, т.к. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 10. Раскрытие неопределенностей.
При вычислении пределов функций, как и пределов последовательностей, могут встретиться неопределенности (см. §7 главы 3), когда невозможно применить правила вычисления пределов (§4). Рассмотрим методы раскрытия некоторых неопределенностей.
1. Неопределенность типа |
|
в отношении многочленов при |
. |
|
Здесь можно применить результат:
120
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
|
Например: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
; |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
2. Неопределенность типа |
|
|
в отношении алгебраических функций, |
|||||||||||
|
|
||||||||||||||
содержащих иррациональности при |
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Эта неопределенность раскрывается путем выделения старшей степени в числителе и знаменателе дроби.
Например:
1)
.
2)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
3. Неопределенность типа |
|
в отношении многочленов при |
. |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
В этом случае многочлены в числителе и знаменателе дроби имеют корень |
, |
||||||||||||||||||||
поэтому многочлены делятся нацело на |
. Числитель и знаменатель следует |
|
|
||||||||||||||||||||
разложить на множители и сократить дробь на |
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
Например: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Неопределенность типа |
|
|
в отношении алгебраических функций, |
|
|
||||
содержащих иррациональности при |
. |
|
||
В этом случае надо также постараться сократить дробь на |
. Для этого |
|||
следует преобразовать иррациональности так, чтобы появились многочлены, которые можно разложить на множители; один из множителей при этом будет