Назад Первый и второй замечательные пределы
Наверх: Пределы
Вперед:Использование непрерывности функций при вычислении пределов  

Untitled Document


Бесконечно большие величины и бесконечные пределы

        Определение 2.13   Пусть функция $ f(x)$ определена на некотором окончании $ E$ базы $ \mathcal{B}$ и имеет следующее свойство:
для любого, как угодно большого, положительного числа $ N$ можно найти такое окончание $ E_N$ базы $ \mathcal{B}$, что при любом $ x\in E_N$ будет выполнено неравенство

$\displaystyle \vert f(x)\vert>N.$

Рис.2.29.Бесконечно большая при базе $ \mathcal{B}$


Тогда функция $ f(x)$ называется бесконечно большой при базе $ \mathcal{B}$; это обозначается так:

$\displaystyle \vert f(x)\vert\xrightarrow {\mathcal{B}}+\infty,$

или так:

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\vert f(x)\vert=+\infty,$

или даже так:

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}f(x)=\infty.$

Если при этом $ f(x)>N$ при $ x\in E_N$, то для положительной бесконечно большой $ f(x)$ можно писать $ f(x)\xrightarrow {\mathcal{B}}+\infty$ или $ \lim\limits_{\mathcal{B}}f(x)=+\infty$, а если $ f(x)<-N$, то для отрицательной бесконечно большой $ f(x)$ можно писать $ f(x)\xrightarrow {\mathcal{B}}-\infty$ или $ \lim\limits_{\mathcal{B}}f(x)=-\infty$.     

Нужно, конечно, чётко осознавать, что предел, равный бесконечности, -- это чисто условная запись и что в этом случае никакого числового значения такой предел не имеет и, следовательно, не существует, в смысле определения предела функции.

        Пример 2.24   Примером бесконечно большой при $ {x\to+\infty}$ может служить $ {f(x)=x}$: в качестве окончания $ E_N$ можно тогда взять $ {(N;+\infty)}$. Очевидно, что тогда $ {f(x)=x>N}$, если $ {x\in E_N=(N;+\infty)}$.

Рис.2.30.График $ y=x$


    

        Пример 2.25   Примером положительной бесконечно большой при $ x\to0$ может служить $ f(x)=\dfrac{1}{x^2}$.

Рис.2.31.График $ y=\dfrac{1}{x^2}$


В качестве упражнения найдите зависимость числа $ {\delta}>0$, задающего окончание $ (-{\delta};0)\cup(0,{\delta})$ базы $ x\to0$, от числа $ N$.     

        Пример 2.26   Примером отрицательной бесконечно большой при $ x\to0+$ может служить функция $ f(x)=\ln x$.

Рис.2.32.График $ y=\ln x$


В качестве упражнения найдите зависимость числа $ {\delta}>0$, задающего окончание $ (0;{\delta})$ базы $ x\to0+$, от числа $ N$.     

Связь бесконечно больших и бесконечно малых величин устанавливает следующая теорема.

        Теорема 2.16   Пусть $ f(x)$ -- функция, бесконечно большая при базе $ \mathcal{B}$. Тогда величина $ {\alpha}(x)=\dfrac{1}{f(x)}$ -- бесконечно малая при базе $ \mathcal{B}$.

        Доказательство.     Для начала заметим, что на всех достаточно далёких окончаниях $ E$ базы $ \mathcal{B}$ будет $ \vert f(x)\vert>N>0$, так что функция $ {\alpha}(x)$ определена на этих окончаниях. Далее, пусть взято некоторое $ {\varepsilon}>0$. Положим $ N=\dfrac{1}{{\varepsilon}}$ и выберем такое окончание $ E$, что $ \vert f(x)\vert>N=\dfrac{1}{{\varepsilon}}$ при $ x$ из этого окончания. Тогда $ \vert{\alpha}(x)\vert=\dfrac{1}{\vert f(x)\vert}<\dfrac{1}{N}={\varepsilon}$ при таких $ x$, что и означает, что $ {\alpha}(x)\xrightarrow {\mathcal{B}}0$.     

        Замечание 2.9   Утверждение, обратное к доказанной теореме, вообще говоря, неверно: если $ {\alpha}(x)$ -- бесконечно малая при базе $ \mathcal{B}$, то функция $ f(x)=\dfrac{1}{{\alpha}(x)}$ не всегда является бесконечно большой при базе $ \mathcal{B}$, хотя бы потому, что может быть не определена ни на каком окончании $ E$ базы $ \mathcal{B}$. Простейший пример -- это постоянная величина $ {\alpha}=0$, которая, очевидно, бесконечно мала при любой базе ( $ \lim\limits_{\mathcal{B}}0=0$), но $ \dfrac{1}{{\alpha}}$ не имеет смысла ни при каких $ x$. Однако если сделать дополнительное предположение, что $ {\alpha}(x)\ne0$ при всех $ x$ из некоторого окончания $ E$ базы $ \mathcal{B}$, то обратное утверждение становится верным.     

        Теорема 2.17   Пусть $ {\alpha}(x)$ -- такая бесконечно малая при базе $ \mathcal{B}$, что $ {\alpha}(x)\ne0$ при всех $ x$ из некоторого окончания базы $ \mathcal{B}$. Тогда функция $ f(x)=\dfrac{1}{{\alpha}(x)}$ -- бесконечно большая при базе $ \mathcal{B}$.    

Докажите эту теорему в качестве упражнения.

Утверждение, что некоторая функция $ f(x)$ является бесконечно большой положительной величиной при базе $ \mathcal{B}$ означает при вычислении пределов, что при замене $ y=f(x)$ база $ \mathcal{B}$ переходит в базу $ y\to+\infty$. Если же $ y=f(x)$ -- отрицательная бесконечно большая, то после замены получится база $ y\to-\infty$. Прослеживая за изменениями баз при последовательных заменах, можно вычислять многие пределы.

        Пример 2.27   Найдём предел $ \lim\limits_{x\to0+}e^{-\frac{1}{x}}$.

Рассмотрим замену $ t=\dfrac{1}{x}$. При $ x\to0+$ будет $ t=\dfrac{1}{x}\to+\infty$. Пусть теперь $ z=-t$. При $ t\to+\infty$ будет $ z=-t\to-\infty$. Наконец, пусть $ y=e^z$. При $ z\to-\infty$ будет $ y=e^z\to0+$. (См. графики, расположенные ниже.) Последнее соотношение означает, что

$\displaystyle \lim\limits_{x\to0+}e^{-\frac{1}{x}}=0$

(и что, вдобавок, величина $ y$ остаётся положительной).     


Рис.2.33.Графики зависимостей $ t=\dfrac{1}{x}$, $ z=-t$, $ y=e^z$


Заметим, что при решении было важно отследить изменение функций именно при $ x$, стремящемся к 0 справа. В качестве упражнения покажите, что если бы рассматривалась база $ x\to0-$, то получилась бы бесконечно большая положительная величина $ y=e^{-\frac{1}{x}}$, а при базе $ x\to0$ величина $ y$ не имеет никакого предела и не является бесконечно большой.
Наверх: Пределы

Физика лабы
норд аутсорсинг предлагает: бухгалтерское обслуживание инфо, карта новостроек, мощный peugeot 407
Элементарная математика Кратные интегралы Математический анализ автомобильные пленки
Векторный анализ Аналитическая геометрия Пределы функции Изучение функции Готовая лабораторная на basic
Конспекты по математике Комплексные числа Дифференциальные уравнения Определенные интегралы Лекции по высшей математике Исследование функций Вычисление объема с помощью интегралов Алгеброические структуры