Материал: Введение в мат.анализ

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

 

 

 

 

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