Вычислить предел, используя правило Лопиталя
Для разминки разберёмся с парой небольших воробушков:
Пример 3
Вычислить предел по правилу Лопиталя
Предел можно предварительно упростить, избавившись от косинуса, однако проявим уважение к условию и сразу продифференцируем числитель и знаменатель:
В самом процессе нахождения производных нет чего-то нестандартного, так, в знаменателе использовано обычное правило дифференцирования произведения .
Рассмотренный пример разруливается и через замечательные пределы, похожий случай разобран в конце статьи Сложные пределы.
Пример 4
Вычислить предел по правилу Лопиталя
Это пример для самостоятельного решения. Нормально пошутил =)
Типична ситуация, когда после дифференцирования получаются трех- или четырёхэтажные дроби:
Пример 5
Вычислить предел, используя правило Лопиталя
Напрашивается применение замечательной эквивалентности, но путь жёстко предопределён по условию:
После дифференцирования настоятельно рекомендуюизбавляться от многоэтажности дробии проводить максимальные упрощения. Конечно, более подготовленные студенты могут пропустить последний шаг и сразу записать: , но в некоторых пределах запутаются даже отличники.
Пример 6
Вычислить предел, используя правило Лопиталя
Пример 7
Вычислить предел, используя правило Лопиталя
Это примеры для самостоятельного решения. В Примере 7 можно ничего не упрощать, слишком уж простой получается после дифференцирования дробь. А вот в Примере 8 после применения правила Лопиталя крайне желательно избавиться от трёхэтажности, поскольку вычисления будут не самыми удобными. Полное решение и ответ в конце урока. Если возникли затруднения – тригонометрическая таблица в помощь.
И, упрощения совершенно необходимы, когда после дифференцирования неопределённостьне устранена.
Пример 8
Вычислить предел, используя правило Лопиталя
Поехали:
Интересно, что первоначальная неопределённость после первого дифференцирования превратилась в неопределённость , и правило Лопиталя невозмутимо применяется дальше. Также заметьте, как после каждого «подхода» устраняется четырёхэтажная дробь, а константы выносятся за знак предела. В более простых примерах константы удобнее не выносить, но когда предел сложный, упрощаем всё-всё-всё. Коварство решённого примера состоит ещё и в том, что при , а , поэтому в ходе ликвидации синусов немудрено запутаться в знаках. В предпоследней строчке синусы можно было и не убивать, но пример довольно тяжелый, простительно.
На днях мне попалось любопытное задание:
Пример 9
Вычислить предел функции, используя правило Лопиталя
Если честно, немного засомневался, чему будет равен данный предел. Как демонстрировалось выше, «икс» более высокого порядка роста, чем логарифм, но «перетянет» ли он логарифм в кубе? Постарайтесь выяснить самостоятельно, за кем будет победа.
Да, правила Лопиталя – это не только пальба по воробьям из пушки, но ещё и кропотливая работа….
В целях применения правил Лопиталя к бубликам или уставшим восьмёркам сводятся неопределённости вида .
Расправа с неопределённостью подробно разобрана в Примерах №№9-13 урокаМетоды решения пределов. Давайте для проформы ещё один:
Пример 10
Вычислить предел функции, используя правило Лопиталя
На первом шаге приводим выражение к общему знаменателю, трансформируя тем самым неопределённость в неопределённость . А затем заряжаем правило Лопиталя:
Здесь, к слову, тот случай, когда четырёхэтажное выражение трогать бессмысленно.
Неопределённость тоже не сопротивляется превращению в или :
Пример 11
Вычислить предел функции с помощью правила Лопиталя
Предел здесь односторонний, и о таких пределах уже шла речь в методичке Графики и свойства функций. Как вы помните, графика «классического» логарифма не существует слева от оси , таким образом, мы можем приближаться к нулю только справа.
Правила Лопиталя для односторонних пределов работают, но сначала необходимо разобраться с неопределённостью . На первом шаге делаем дробь трёхэтажной, получая неопределённость , далее решение идёт по шаблонной схеме:
После дифференцирования числителя и знаменателя избавляемся от четырёхэтажной дроби, чтобы провести упрощения. В результате нарисовалась неопределённость . Повторяем трюк: снова делаем дробь трёхэтажной и к полученной неопределённости применяем правило Лопиталя ещё раз:
Готово.
Исходный предел можно было попытаться свести к двум бубликам:
Но, во-первых, производная в знаменателе труднее, а во-вторых, ничего хорошего из этого не выйдет.
Таким образом, перед решением похожих примеров нужно проанализировать (устно либо на черновике), К КАКОЙ неопределённости выгоднее свести – к «нулю на ноль» или к «бесконечности на бесконечность».
В свою очередь на огонёк подтягиваются собутыльники и более экзотические товарищи . Метод трансформации прост и стандартен:
Пример 12
Вычислить предел функции с помощью правила Лопиталя
Для устранения неопределённости используем основное логарифмическое тождество: . В данном случае :
На предпоследнем шаге, согласно известному школьному свойству, «сносим» синус из степени за пределы логарифма, получая произведение . На последнем шаге перемещаем значок предела в показатель (поскольку экспоненциальная функция непрерывна, да и предел относится, прежде всего, к верхнему этажу).
Чтобы не мельчить, вычислим предел показателя отдельно:
С неопределённостью разбираемся уже знакомым способом – делаем дробь трёхэтажной, получая долгожданную неопределённость , к которой применимо правило Лопиталя:
Метаморфозы продолжаются, теперь вылезла неопределённость «ноль на ноль». В принципе, можно избавиться от косинуса, указав, что он стремится к единице. Но мудрая стратегия заключается в том, чтобы никто ни до чего не докопался. Поэтому сразу применим правило Лопиталя, как этого требует условие задачи:
Не торопитесь, предел не равен нулю! Мы вычислили только предел показателя. В конце решения главное не забыть про экспоненту, я сейчас сам чуть про неё не забыл =) Окончательно:
В ряде случаев после использование основного логарифмического тождества удаётся миновать неопределённость :
Пример 13
Вычислить предел по правилу Лопиталя
Очередной папуас тоже сдаётся перед формулой . В данном случае :
В результате сразу получена неопределённость , что облегчает задачу. Предел показателя для удобства вычислим отдельно:
В итоге:
Аналогичное задание для самостоятельного решения:
Пример 14
Вычислить предел по правилу Лопиталя
Полное решение и ответ в конце урока.
Предел с неопределённостью по правилу Лопиталя, если честно, у себя не нашёл, но для полноты картины решим многострадальный шестой пример урока Замечательные пределы:
Пример 15
Вычислить с помощью правила Лопиталя
Решайте =)
В заключение хочу успокоить гринписовцев – ни один воробей от оружия серьёзно не пострадал, пределы – птицы юркие, да и ядра формы обтекаемой. Вспоминаем обычное требование: «…не пользуясь правилом Лопиталя». С беспощадной действительностью соприкоснёмся в статье Сложные пределы.
Пример 4
Пример 6
Пример 7
Пример 9
Пример 14
Используем основное логарифмическое тождество и преобразование:
Вычислим предел показателя:
Таким образом:
Пример 15
Используем основное логарифмическое тождество:
Вычислим предел показателя:
Таким образом:
2-4