или в, более общем, виде, .
Первый замечательный предел используется для раскрытия неопределенности вида в случае, если функция содержит тригонометрические выражения.
Второй замечательный предел
или в, общем, виде, .
Также полезна следующая форма записи второго замечательного предела
Второй замечательный предел используется для раскрытия неопределенности вида 1¥.
Рассмотрим примеры:
1) ;
2)
.
5. Сравнение бесконечно малых
Мы отмечали свойства бесконечно малых: алгебраическая сумма (конечного числа) бесконечно малых, произведение бесконечно малых есть бесконечно малая. О частном же бесконечно малых в этих свойствах ничего не говорилось. Оказывается, в зависимости от характера бесконечно малых, от скорости их стремления к нулю зависит и поведение их частного.
Рассмотрим, например, функции a(х) = х, b (х) = х 2, g (х) = 2 х + х 2, бесконечно малые при х ® 0. Имеем:
при х ® 0, , а ,
т.е. частое может быть и сколь угодно большим, и бесконечно малым, и стремиться к конечному числу. При этом, заметим, что функция b(х) = х 2 быстрее стремится к нулю, чем, например, a(х) = х:
х | 0,1 | 0,01 | 0,001 |
a(х)= х | 0,1 | 0,01 | 0,001 |
b(х)= х 2 | 0,01 | 0,0001 | 0,000001 |
Определение 2.11.
Пусть a(х) и b (х) – бесконечно малые в точке х 0 функции.
1) Если , то a(х) называется бесконечно малой более высокого порядка, чем b (х) и обозначается a = о(b).
2) Если , 0 < | A | < ¥, то a(х) и b (х) – бесконечно малые одинакового порядка, обозначается a = О(b) или b = О(a).
3) Если , 0 < | A | < ¥, то a(х) называется бесконечно малой порядка т в точке х 0 (т ÎN). При этом функцию (х – х 0) т называют эталоном бесконечно малых в точке х 0.
4) Если , то a(х) и b (х) называются эквивалентными (асимптотически равными). Обозначается a ~ b.
Справедлива
Теорема 2.9.
Пусть a(х) и b (х) – бесконечно малые в точке х 0 функции.
1) Если a ~ b, то a – b = о(b), a – b = о(a), a ~ b ± о(a), a ± о(b)~ b.
2) Если a = о(g), b = о(g), где g(х) – бесконечно малая в точке х 0, то
a ± b = о(g), a ± о(b) = о(g).
3) Если a ~ a1 , b ~ b1 , где a1(х) и b 1(х) – бесконечно малые в точке х 0, то
Доказательство:
1) Если a ~ b, то . Рассмотрим
, а это и означает, что a – b = о(b). Аналогично можно показать, что a – b = о(a).
Рассмотрим
,
откуда a ± о(b)~ b. Утверждение a ~ b ± о(a) – доказать самостоятельно.
2) – доказать самостоятельно.
3) Учитывая a ~ a1 , b ~ b1, имеем
=
= 1 1 = ЧТД.
Замечание.
Как следует из теоремы 2.9, если a ~ b, то a = b + о(b). В этом случае, бесконечно малую b называют главной частью бесконечно малой a.
Справедливы следующие соотношения (таблица эквивалентности):
при a® 0 | |
sin a ~ a tg a ~ a ~ | arcsin a ~ a arctg a ~ a ln(1+a) ~ a e a - 1 ~ a |
Пользуясь этой таблицей и теоремой 2.9, можно вычислять сложные пределы:
,
.
Аналогично можно определить сравнение бесконечно больших функций. Пусть f (x) и g (x) – бесконечно большие в точке х 0 функции. Тогда
1) Если , 0 < | A | < ¥, то функции f (x) и g (x) – одинакового порядка роста. Обозначается f (x) = О(g (x)) или g (x) = О(f (x))
2) Если , то f (x) – более высокого порядка роста, чем g (x), а g (x) – более низкого порядка роста, чем f (x), обозначается
g (x) = о(f (x)).
3) Если , то функции называются эквивалентными бесконечно большими. Обозначается f (x) ~ g (x).
Свойства, сформулированные в теореме 2.9, могут быть перенесены и на эквивалентные бесконечно большие функции.