Дипломные работы, курсовые проекты на заказ, контрольные работы на заказ

Начертательная геометрия Практикум по решению задач Геометрическое черчение Инженерная графика ЕСКД Кратные интегралы Математический анализ Матрицы Пределы Производные Векторная алгебра Интегральное исчисление ТФКП Ядерная физика Электростатика Магнетизм Оптика Информационные технологии

Сравнение бесконечно малых

        Определение 2.16   Пусть фиксирована некоторая база $ \mathcal{B}$ и на некотором её окончании $ E$ заданы две функции $ {\varphi}(x)$ и $ \psi(x)$, бесконечно малые при базе $ \mathcal{B}$. Предположим также, что $ \psi(x)\ne0$ при всех $ x\in E$. Пусть существует

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}=L.$

Если $ L\ne0$, то бесконечно малая $ {\varphi}(x)$ имеет тот же порядок малости, что и $ \psi(x)$. Этот факт обозначается так:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x).$

Если же $ L=0$, то $ {\varphi}(x)$ имеет больший порядок малости, чем $ \psi(x)$. Это обозначается так:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\prec}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x).$

    

Заметим, что если $ {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x)$, то для всех $ x$ из некоторого окончания $ E'$ базы $ \mathcal{B}$ будет выполнено неравенство $ {\varphi}(x)\ne0$. Это сразу следует из того, что $ \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}=L\ne0.$

        Предложение 2.2   Если при базе $ \mathcal{B}$ бесконечно малая $ {\varphi}(x)$ имеет тот же порядок малости, что $ \psi(x)$, то и $ \psi(x)$ имеет тот же порядок малости, что $ {\varphi}(x)$, то есть

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x)... ...htarrow \quad\psi(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x).$(S)

Если две бесконечно малых $ {\varphi}(x)$ и $ \psi(x)$ одного порядка малости, и две бесконечно малых $ \psi(x)$ и $ \chi(x)$ тоже одного порядка малости при базе $ \mathcal{B}$, то две величины $ {\varphi}(x)$ и $ \chi(x)$ также имеют один и тот же порядок малости при базе $ \mathcal{B}$, то есть

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x)... ...htarrow \quad{\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}\chi(x).$(T)

Кроме того, бесконечно малая величина $ {\varphi}(x)\ne0$ имеет тот же порядок малости, что она же сама:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x).$(R)

        Доказательство.     Поскольку $ \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}= \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac {1} {\dfrac{\psi(x)}{{\varphi}(x)}} =L\ne0,$ то $ \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{\psi(x)}{{\varphi}(x)}=\dfrac{1}{L}\ne0$, откуда следует первое из доказываемых утверждений.

Второе утверждение следует из первого и цепочки равенств

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\chi(x)}= \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}\dfrac{\psi(x)}{\chi(x)}=L\cdot M\ne0,$

где

$\displaystyle M=\lim_{\mathcal{B}}\dfrac{\psi(x)}{\chi(x)}\ne0$

по условию предложения.

Наконец, третье утверждение сразу следует из очевидного соотношения $ \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}(x)}=1\ne0.$     

Итак, свойство двух или нескольких бесконечно малых величин иметь один и тот же порядок малости, то есть отношение $ \mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}$, заданное в множестве бесконечно малых при данной базе $ \mathcal{B}$ величин $ {\varphi}(x),\psi(x),\chi(x),\dots$, является рефлексивным, транзитивным и симметричным.

Рефлексивность какого-либо отношения $ \sim$, заданного в некотором множестве объектов $ {\varphi},\psi,\chi,\dots$, означает, что выполнено свойство
(R): $ {\varphi}\sim{\varphi}$,
транзитивность -- что выполнено свойство
(T): $ {\varphi}\sim\psi,\ \psi\sim\chi\quad\Longrightarrow \quad{\varphi}\sim\chi$,
а симметричность -- что выполнено свойство
(S): $ {\varphi}\sim\psi\quad\Longrightarrow \quad\psi\sim{\varphi}$.

Любое рефлексивное, транзитивное и симметричное отношение $ \sim$ разбивает множество объектов, для которых оно определено, на классы объектов, эквивалентных по данному отношению: в один класс с объектом $ {\varphi}$ попадают все объекты $ \psi$, для которых $ \psi\sim{\varphi}$.

Поэтому все бесконечно малые при данной базе $ \mathcal{B}$ величины разбиваются на классы по отношению $ \mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}$, в каждый из которых входят все величины, имеющие один и тот же порядок малости.

        Пример 2.31   При базе $ x\to0$ величины $ Cx^t$ и $ Dx^t$, где $ t>0$ и $ C=\mathrm{const}\ne0$, $ D=\mathrm{const}\ne0$, имеют один и тот же порядок малости (так как, очевидно, их отношение постоянно и его предел $ \dfrac{Cx^t}{Dx^t}=\dfrac{C}{D}$ постоянно и его предел равен $ \dfrac{C}{D}\ne0$. Например, при $ x\to0$ величины $ 2x^2$ и $ 5x^2$ имеют один и тот же порядок малости.

При базе $ x\to0+$ величина $ x^t$ имеет больший порядок малости, чем $ x^s$, при $ t>s>0$:

$\displaystyle \lim_{x\to0+}\dfrac{x^t}{x^s}=\lim_{x\to0+}x^{t-s}=0,$

так как $ t-s>0$. Если степени $ x^s$ и $ x^t$ определены и при $ x<0$, то аналогичное утверждение верно и для двусторонней базы $ x\to0$. Например, при $ x\to0+$ величина $ \sqrt{x}=x^{\frac{1}{2}}$ -- большего порядка малости, чем $ \sqrt[4]{x}=x^{\frac{1}{4}}$. При $ x\to0$ величина $ x^2$ -- большего порядка малости, чем $ x$, а $ x$ -- величина большего порядка малости, чем $ \sqrt[3]{x}=x^{\frac{1}{3}}$.     

        Пример 2.32   Три величины $ {\alpha}(x)=x^2-3x+2$, $ {\beta}(x)=x^2+4x-5$, $ {\gamma}(x)=x^2-2x+1$ являются бесконечно малыми при базе $ x\to1$. Так как нетрудно проверить, что

$\displaystyle \lim\limits_{x\to1}\dfrac{x^2-3x+2}{x^2+4x-5}=-\dfrac{1}{6}\ne0,$

то $ {\alpha}(x)$ и $ {\beta}(x)$ имеют один и тот же порядок малости при $ x\to1$.

Поскольку

$\displaystyle \lim\limits_{x\to1}\dfrac{x^2-2x+1}{x^2+4x-5}=0,$

то величина $ {\gamma}(x)$ имеет больший порядок малости, нежели $ {\beta}(x)$, и не относится к тому классу, к которому принадлежат $ {\alpha}(x)$ и $ {\beta}(x)$.     

        Пример 2.33   Используя первый замечательный предел, легко видеть, что при $ a\ne0$ и $ b\ne0$

$\displaystyle \lim_{x\to0}\dfrac{\sin ax}{bx}= \lim_{x\to0}\dfrac{\sin ax}{ax}... ...}{b}\cdot \lim_{x\to0}\dfrac{\sin ax}{ax}=\dfrac{a}{b}\cdot1=\dfrac{a}{b}\ne0.$

Это означает, что величины $ {{\alpha}(x)=\sin ax}$ и $ {{\beta}(x)=bx}$ имеют один и тот же порядок малости при $ x\to0$.    

        Предложение 2.3   Если $ {\alpha}(x)$ имеет при базе $ \mathcal{B}$ больший порядок малости, чем $ {\varphi}(x)$, а $ \psi(x)$ -- такой же порядок малости, что и $ {\varphi}(x)$, то $ {\alpha}(x)$ имеет больший порядок малости, чем $ \psi(x)$.

        Доказательство.     Для доказательства напишем такую цепочку равенств:

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\alpha}(x)}{\psi(x)}= \lim_{\mathcal{B... ...(x)}{{\varphi}(x)} \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}=0\cdot L=0,$

что и доказывает предложение.     

        Пример 2.34   Поскольку, как мы видели в примерах выше, $ x^2\mathrel{\mathop{\prec}\limits_{x\to0}}x$ и $ x\mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{x\to0}}\sin3x$, то $ x^2$ -- величина большего порядка малости, чем $ \sin3x$.     

        Определение 2.17   Пусть $ {\varphi}(x)$ и $ \psi(x)$ -- бесконечно малые при базе $ \mathcal{B}$ и

$\displaystyle \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}=1.$

Тогда бесконечно малая $ {\varphi}(x)$ называется эквивалентной бесконечно малой $ \psi(x)$ при базе $ \mathcal{B}$. Это обозначается следующим образом:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x).$

    

Очевидно, что если величина $ {\varphi}(x)$ эквивалентна величине $ \psi(x)$, то они имеют один и тот же порядок малости (так как при этом $ L=1\ne0$). Кроме того, свойство двух бесконечно малых величин быть эквивалентными, то есть отношение $ \mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}$, (так же, как и отношение $ \mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}$) рефлексивно, транзитивно и симметрично. А именно, имеет место

        Предложение 2.4   Если при базе $ \mathcal{B}$ бесконечно малая $ {\varphi}(x)$ эквивалентна бесконечно малой $ \psi(x)$, то и $ \psi(x)$ эквивалентна $ {\varphi}(x)$:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x)\q... ...ightarrow \quad\psi(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x).$(S$ '$)

Если две бесконечно малых $ {\varphi}(x)$ и $ \psi(x)$ эквивалентны, и две бесконечно малых $ \psi(x)$ и $ \chi(x)$ тоже эквивалентны при базе $ \mathcal{B}$, то две величины $ {\varphi}(x)$ и $ \chi(x)$ также эквивалентны при базе $ \mathcal{B}$:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x),\... ...ightarrow \quad{\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\chi(x).$(T$ '$)

Кроме того, величина $ {\varphi}(x)$ эквивалентна себе самой:

$\displaystyle {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x).$(R$ '$)

        Доказательствоповторяет доказательство предложения 2.2.    Нужно только учесть, что $ L=M=1$.     

Итак, отношение эквивалентности $ \mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}$ обладает свойствами симметричности (S$ '$), транзитивности (T$ '$) и рефлексивности (R$ '$) и, следовательно, разбивает множество всех бесконечно малых при данной базе $ \mathcal{B}$ величин на классы эквивалентных между собой бесконечно малых. Эти классы более мелкие, чем классы бесконечно малых величин одного порядка малости, на которые то же самое множество бесконечно малых разбивается отношением $ \mathrel{\mathop{\asymp}\limits_{\mathcal{B}}}$.

        Пример 2.35   Согласно первому замечательному пределу, $ \lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin x}{x}=1.$ Это означает, что

$\displaystyle \sin x\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{x\to0}}x.$

Кроме того, в примере 2.20 мы показали, что $ \lim\limits_{x\to0}\dfrac{\arcsin x}{x}=1.$ Это означает, что

$\displaystyle \arcsin x\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{x\to0}}x.$

    

Польза для вычисления пределов от использования эквивалентности бесконечно малых, а также от бесконечно малых большего порядка выражается следующими утверждениями.

        Предложение 2.5   Пусть существует предел $ \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)},$ где $ {\varphi}(x)$ и $ \psi(x)$ -- бесконечно малые при базе $ \mathcal{B}$. Пусть также $ {\varphi}_1(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x)$ и $ \psi_1(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x)$. Тогда существует предел

$\displaystyle \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}_1(x)}{\psi_1(x)}= \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)},$

то есть бесконечно малые как в числителе, так и в знаменателе неопределённости вида $ \left[\frac{0}{0}\right]$ можно заменять на эквивалентные им бесконечно малые: величина предела от этого не изменится.

        Доказательство.     Для доказательства напишем такое равенство:

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}_1(x)}{\psi_1(x)}= \lim_{\math... ... \dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)} \lim_{\mathcal{B}} \dfrac{\psi(x)}{\psi_1(x)}$

и заметим, что эквивалентность величин $ {\varphi}(x)$ и $ {\varphi}_1(x)$, $ \psi(x)$ и $ \psi_1(x)$ означает, что первый и последний пределы в правой части этой формулы равны 1.     

Совершенно так же доказывается уточнение доказанного только что предложения. Это уточнение означает, что заменять эквивалентными можно не только числитель или знаменатель целиком, но и любой бесконечно малый множитель в числителе или знаменателе:

        Предложение 2.6   Пусть $ {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}_1(x)$, $ \psi(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\psi_1(x)$ и существует предел

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{f(x){\varphi}(x)}{g(x)\psi(x)}=L.$

Тогда $ {\varphi}(x)$ и $ \psi(x)$ можно заменить на эквивалентные, и значение предела не изменится, то есть

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{f(x){\varphi}_1(x)}{g(x)\psi_1(x)}=L.$

    

        Предложение 2.7   Пусть $ {\alpha}(x)\mathrel{\mathop{\prec}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x)$, $ {\beta}(x)\mathrel{\mathop{\prec}\limits_{\mathcal{B}}}\psi(x)$ и существует предел $ \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)}$. Тогда существует предел

$\displaystyle \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)+{\alpha}(x)}{\psi(x)+{\beta}(x)}= \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{\psi(x)},$

то есть бесконечно малые большего порядка можно отбрасывать как в числителе, так и в знаменателе неопределённости вида $ \left[\frac{0}{0}\right]:$ величина предела от этого не изменится.

        Доказательство.     Согласно предложению 2.5, достаточно доказать, что если $ {\alpha}(x)\mathrel{\mathop{\prec}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x)$, то $ {\varphi}(x)+{\alpha}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}(x)$. Но это следует из такой цепочки равенств:

$\displaystyle \lim\limits_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)+{\alpha}(x)}{{\varph... ...lim\limits_{\mathcal{B}}\left(1+\dfrac{{\alpha}(x)}{{\varphi}(x)}\right)=1+0=1.$

    

        Пример 2.36   Вычислим предел $ \lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin3x+x^2}{\sin5x+2x^3}.$

Для этого заметим, что, как мы проверяли выше, $ x^2$ -- величина большего порядка малости, чем $ \sin3x$. Аналогично проверяется, что $ 2x^3$ -- величина большего порядка малости, чем $ \sin5x$. Поскольку слагаемые большего порядка малости можно отбросить, то

$\displaystyle \lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin3x+x^2}{\sin5x+2x^3}= \lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin3x}{\sin5x}.$

Далее, поскольку $ \sin3x$, очевидно, эквивалентен $ 3x$ (согласно первому замечательному пределу), а $ \sin5x$ эквивалентен $ 5x$, то последний предел можно упростить, заменив бесконечно малые в числителе и знаменателе на эквивалентные им, а затем сократить на $ x$:

$\displaystyle \lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin3x}{\sin5x}= \lim\limits_{x\to0}\dfrac{3x}{5x}= \lim\limits_{x\to0}\dfrac{3}{5}=\dfrac{3}{5}.$

    

При вычислении пределов часто бывают полезны также следующие два утверждения.

        Предложение 2.8   Пусть $ {\varphi}(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}_1(x)$ и $ \psi(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}\psi_1(x)$. Тогда:
1) $ {\varphi}(x)\psi(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}_1(x)\psi_1(x)$
и
2) $ {\varphi}^m(x)\mathrel{\mathop{\sim}\limits_{\mathcal{B}}}{\varphi}_1^m(x)$ при любом $ m>0$ (в случае, если степень $ z^m$ определена только при $ z\geqslant 0$, нужно потребовать, чтобы выполнялось неравенство $ {\varphi}(x)\geqslant 0$.

(Заметим, что второе утверждение не следует из первого, поскольку $ m$ -- не обязательно целое число.)

        Доказательство.     Первое утверждение означает, согласно определению эквивалентности, что

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)\psi(x)}{{\varphi}_1(x)\psi_1(x)}=1,$

если известно, что

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}_1(x)}=1$

и

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{\psi(x)}{\psi_1(x)}=1.$

Но это сразу следует из теоремы о пределе произведения ( теорема 2.9).

Второе утверждение означает, что

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}^m(x)}{{\varphi}_1^m(x)}= \lim_{\mathcal{B}}\left(\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}_1(x)}\right)^m=1,$

если известно, что

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}_1(x)}=1.$

Это следует из того, что степенная функция $ g(z)=z^m$ непрерывна при любом $ z=z_0$, если $ m>0$. Как отмечалось выше, для непрерывной функции можно переставлять местами знак функции и знак предела:

$\displaystyle \lim_{z\to z_0}g(z)=g(\lim_{z\to z_0}z)=g(z_0).$

В случае степенной функции $ g(z)=z^m$, сделав замену переменного $ z=z(x)$ и связанную с ней замену базы, мы получим, что

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}z(x)^m=\left(\lim_{\mathcal{B}}z(x)\right)^m.$

Беря $ z(x)=\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}_1(x)}$, получаем, что

$\displaystyle \lim_{\mathcal{B}}\left(\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}_1(x)}\righ... ...= \left(\lim_{\mathcal{B}}\dfrac{{\varphi}(x)}{{\varphi}_1(x)}\right)^m=1^m=1,$

что и требовалось доказать.     

Применение усиления и затухания звука

В дополнение к основным операциям изменения громкости программа Sound Forge позволяет вам применять эффекты усиления и затухания звука в вашем файле. J

 Замечание 

Усиление- это постепенное, ровное увеличение громкости звука. В музыкальной терминологии такое усиление называется крещендо. Затухание представляет собой прямо противоположное явление - постепенное, ровное уменьшение громкости звука. Музыканты  называют это изменение звука термином диминуэндо. Дифференциальные уравнения

Чтобы применить усиление или затухание в ваших звуковых данных, сделайте следующее:

1. Создайте в вашем файле выделенную область, к которой вы хотите применить затухание или усиление. Если вы хотите обработать файл полностью, тогда либо вообще не выделяйте данные, либо выделите их полностью, выбрав команду меню Edit -> Select All.

2. Чтобы применить усиление, выберите команду меню Process -> Fade -> In.

3. Чтобы применить затухание, выберите команду меню Process -> Fade -> Out.

Программа Sound Forge изменит громкость ваших данных в соответствии с указанными параметрами.

Найти частные производные ,  и , если переменные x, y, и z связаны равенством 4x2 y ez – cos(x3 – z) + 2y2 + 3x = 0. Примеры решения и офомления задач контрольной работы по высшей математике