При вычислении предела функции следует подставить в функцию предельное значение. Если при этом получим конечное число или бесконечность, то это значение и будет являться пределом функции.
Например,
Зачастую появляются выражения, значение которых не определено. Такие выражения называют неопределенностями. Если получится неопределенность
то ее следует раскрыть.
Раскрыть неопределенность — это значит вычислить предел, избавляясь от неопределенности с помощью преобразований, либо доказать, что предел не существует.
В некоторых примерах нам также приходится пользоваться переходом к пределу в показателе степени при постоянном основании. Если существует , то при постоянном имеет место формула .
Короче (но менее точно): при постоянном основании можно переходить к пределу в показателе степени. При отыскании пределов вида в случае, когда существуют конечные пределы и , имеет место формула
Замечание: в формуле может обозначать и число, и один из символов . Если в этой формуле а конечен, но не равен 1, то вопрос о пределе затруднений не вызывает. Случай, когда , а , рассматривается далее в типовых заданиях.
Пример 1. А. Доказать, что функции и являются бесконечно малыми при Б. Сравнить бесконечно малые и : .
Решение: А. Найдем пределы функций и при
;
Для того чтобы раскрыть полученную неопределенность, надо разделить и числитель, и знаменатель дроби на в наивысшей степени, встречающейся в данном выражении, т. е. на :
аналогично получим
Так как то согласно определению, функции и являются бесконечно малыми при
Б. Для того чтобы сравнить бесконечно малые функции и , надо найти предел их отношения при
.
Так как то данные функции и являются бесконечно малыми одного порядка при
Пример 2. Найти пределы функций (не пользуясь правилом Лопиталя).
.
Решение:
1) Здесь числитель и знаменатель стремятся к нулю при
Разложим числитель и знаменатель на множители, выделим общий множитель, который обращает их в ноль, затем сократим числитель и знаменатель на этот общий множитель. Разложение квадратных трехчленов на множители будем производить с помощью формулы
, где .
Найдем корни:
;
.
Следовательно,
(выполняя задания некоторых вариантов необходимо также использовать формулы сокращенного умножения).
2) Числитель и знаменатель этой дроби стремятся к нулю при Для того чтобы вычислить этот предел, необходимо избавиться от иррациональности в числителе. Для этого умножим числитель и знаменатель дроби на сопряженное числителю выражение, получим:
Замечание. Аналогично можно избавляться от иррациональности в знаменателе.
3) Здесь также имеем неопределенность
В силу первого «замечательного» предела
и его следствий
функции и , и , и , и являются эквивалентными бесконечно малыми при , т. е. ~ ; ~ ; ~ ; ~ .Следовательно, для этих функций применима теорема: если ~ , ~ при и существует , то . Так как при функции и , и — эквивалентные бесконечно малые, т. е. ( ~ , ~ ),то
4) В таких примерах надо сначала вычислить предел основания степени. Если он отличен от единицы, то выражение не содержит неопределенность, и мы сразу получаем ответ. Если предел основания равен 1, то воспользуемся вторым «замечательным» пределом . В нашем случае так как
Обозначим данный предел какой-нибудь буквой, например, буквой J, и приведем его к виду второго «замечательного» предела с помощью следующего технического приема: к дроби, записанной в скобках, прибавим и вычтем единицу, а затем полученное выражение приведем к общему знаменателю следующим образом:
Используем еще один технический прием: возведем выражение в степень , а потом встепень , чтобы получить вид второго «замечательного» предела .Далее, так как согласно второму «замечательному» пределу , то (см. формулу ), и, так как , следовательно, имеем:
5) В данном примере имеем неопределенность . Разложив знаменатель дроби на множители, приведем данный предел к «замечательному» пределу , в итоге получим: