ˇ˘Ł¤Ą¦§¨© ¨ ¥ § ©
Transkript
— — L’Hospital a přátelé Počítat limity přes derivace, když jsou tak derivace definované. lim x→0+ f (x) − f (a) = lim g(x) − g(a) f (x)−f (a) x−a g(x)−g(a) x−a ? = lim . . . ? f 0 (a) = 0 lim . . . g (a) VĚTA 21 (Rolleova): Nechť f je spojitá na [a, b], a < b a nechť existuje f 0 (x) pro každé x ∈ (a, b). Nechť f (a) = f (b). Pak existuje ξ ∈ (a, b) takové, že f 0 (ξ) = 0. DŮKAZ: (i) Nechť f (x) = f (a) pro ∀x ∈ [a, b], pak f 0 (x) = 0 pro ∀x ∈ (a, b). (ii) Nechť ∃ x ∈ (a, b), f (x) 6= f (a), tedy bez újmy na obecnosti f (x) > f (a). Protože f je spojitá na [a, b], existuje lokální extrém ξ ∈ [a, b] (největší f (x)). Dle předpokladu f 0 (ξ) musí existovat, tedy podle V.20- je f 0 (ξ) = 0. Q.E.D. VĚTA 22 (Lagrangeova věta o střední hodnotě): Nechť f je spojitá na [a, b], a < b a nechť existuje f 0 (x) pro ∀x ∈ (a, b). Potom ∃ ξ ∈ (a, b) takové, že f 0 (ξ) = f (b) − f (a) . b−a (Tedy existuje v nějakém bodě derivace (tečna) rovnoběžná s nakloněnou podstavou (spojnicí krajních bodů). T-O-D-O: Obrázek.) DŮKAZ: Definujme F (x) := f (x) − f (a) − f (b) − f (a) · (x − a) b−a (na základě divoké analyticko-geometrické úvahy). Potom F (a) = 0 ∧ F (b) = 0. Pak podle Rolleovy věty ∃ ξ ∈ (a, b) : F 0 (ξ) = 0. Tedy 0 = F 0 (ξ) = f 0 (ξ) − a tudíž f 0 (ξ) = f (b) − f (a) b−a f (b) − f (a) . b−a Q.E.D. VĚTA 23 (Cauchyova věta o střední hodnotě): Nechť f, g jsou spojité na [a, b], a < b a nechť ∃ f 0 (x) pro ∀x ∈ (a, b) a ∃ g 0 (x) vlastní a nenulová pro ∀x ∈ (a, b). Potom ∃ ξ ∈ (a, b) takové, že f (b) − f (a) f 0 (ξ) = 0 g(b) − g(a) g (ξ) /L:1.616 1 — — L’Hospital a přátelé DŮKAZ: g(a) 6= g(b), neboť jinak by dle Rolleovy věty existovalo ξ ∈ (a, b) : g 0 (ξ) = 0, což by byl spor. Definujeme H(x) := (f (x) − f (a)) (g (x) − g (a)) − (g (x) − g (a)) (f (x) − f (a)) . Potom H(a) = H(b) = 0, H je spojitá na [a, b], existuje H 0 na [a, b]. Tedy dle Rolleovy věty ∃ ξ ∈ (a, b) takové, že 0 = H 0 (ξ) = f 0 (ξ) (g (b) − g (a)) − g 0 (ξ) (f (b) − f (a)) ⇒ f (b) − f (a) f 0 (ξ) = 0 g(b) − g(a) g (ξ) (neboť g 0 (ξ) 6= 0, g(b) − g(a) 6= 0). Q.E.D. VĚTA 24 (L’Hospitalovo pravidlo): Nechť a ∈ R∗ a funkce f, g jsou definovány na nějakém P + (a, δ). (i) Nechť lim f (x) = lim g(x) = 0 a existuje x→a+ a→a+ lim x→a+ Potom lim x→a+ f 0 (x) . g 0 (x) f 0 (x) f (x) = lim 0 . g(x) x→a+ g (x) (ii) Nechť lim |g(x)| = +∞ a existuje x→a+ lim x→a+ Potom lim x→a+ f 0 (x) . g 0 (x) f (x) f 0 (x) = lim 0 . g(x) x→a+ g (x) lim x→0 1 − cos x sin x cos x 1 x − sin x = lim = lim = lim = x→0 x→0 6x x→0 x3 3x2 6 6 DŮKAZ: (i) Nechť a ∈ R a nechť lim x→a+ f 0 (x) = A ∈ R. g 0 (x) Potom ∃ δ > 0, ∀x ∈ P + (a, δ) : ∃ f 0 (x) ∈ R, g 0 (x) ∈ R \ {0}. “Dodefinuji” funkce f a g v bodě A: f (a) = g(a) = 0. Nyní nechť x ∈ P + (a, δ). (Obrázek.) Potom f , g jsou spojité na [a, x], neboť obě mají vlastní derivaci na celém P + (a, δ). /L:1.616 2 — — L’Hospital a přátelé Tedy jsou splněny předpoklady V.23- (na intervalu [a, x]!) a proto platí, že ∃ ξ ∈ (a, x) takové, že f (x) − f (a) f 0 (ξ) = g 0 (ξ) g(x) − g(a) (ξ závisí na x! Značíme ξ = ξ(x).) Zvolme ε > 0. Víme, že existuje ω > 0 takové, že ∀y ∈ P + (a, ω) : f 0 (y) ∈ U(A, ε). g 0 (y) Pro x ∈ P + (a, δ) ∩ P + (a, ω) najdeme ξ = ξ(x) podle receptu na začátku důkazu. Potom f 0 (ξ) ∈ U(A, ε). g 0 (ξ) Víme ale, že f (x) f (x) − f (a) f 0 (ξ) = = 0 , g(x) g(x) − g(a) g (ξ) tedy také f (x) ∈ U(A, ε). g(x) Takže lim x→a+ f 0 (x) f (x) = A = lim 0 . x→a+ g (x) g(x) (i) a = −∞ Převedeme na předchozí případ pomocí substituce µ ¶ µ ¶ 1 1 1 0 0 F (y) = f − , F (y) = f − · y y y ¶ µ ¶ µ 1 1 1 G(y) = g − , G0 (y) = g 0 − · y y y =⇒ f 0 (x) F (y) F 0 (y) = lim 0 lim = lim 0 x→−∞ y (x) y→0+ G(y) y→0+ G (y) | {z } =limx→−∞ f (x) g(x) (ii) Technická záležitost, považujeme za dokázané (nezkouší se). ! 2 3 3x + 1 6= lim = 2x + 2 x→0 2 2 e−1/x · x12 e−1/x e−1/x = lim = lim (ii) lim x→0 x→0 x2 x→0 x 1 2 2x x = +∞, ale lim neexistuje. (iii) lim x→∞ 1 + cos x x→∞ x + sin x (iv) L’Hospital vhodný např. pro (i) lim x→0 cos x − 1 + x − sin x ex − x − 1 , lim , lim 3 2 x→0 x→0 x→0 x x x4 lim /L:1.616 x2 2 , ... 3 — — L’Hospital a přátelé (v) lim (2 − x)tg( πx 2 ) x→1− etg( 2 x) π log(2−x) (1−x) 1−x lim x→1− n2 n→∞ 3n (vi) lim /L:1.616 2 2 1 − x L’H −1 ¡ π ¢ = lim ¡π ¢ → x→1 π π − cos 2 x − sin 2 x ∞ ” Heine + L’H “ ∞ log x x→∞ x (vii) lim = L’H “ ∞ ∞” = sin( π2 x) π ¡ ¢ (1 − x) = tg( x)(1 − x) = 2 cos π2 x lim x→∞ 2x x→∞ 3x log 3 lim 1 x 1 ∞ L’H “ ∞ ” = lim x→∞ 2 =0 3x (log 3)2 =0 4
Podobné dokumenty
Základní vety diferenciálního poctu
Mějme funkci f , U(x0 ) ⊂ D(f ); h necht’ je přı́růstek nezávisle proměnné
a necht’ platı́ f (x0 + h) ∈ U(x0 ). Hodnotu f (x0 + h) dovedeme vyjádřit
přesně pomocı́ Lagrangeovy věty
f (x0...
List of publications
11. Matt DeVos, Luis Goddyn, Bojan Mohar, and Robert Šámal: Cayley sum graphs and eigenvalues of (3, 6)-fullerenes, Journal of Combinatorial Theory B 99 (2009), no.2, 358–369.
12. Matt DeVos, Ro...
4. Věty o střední hodnotě, l`Hospitalovo pravidlo, asymptoty grafu
Věta 5 (Cauchyova věta o střední hodnotě). Nechť funkce f , g jsou spojité na
uzavřeném intervalu ha, bi ⊂ D(f ) ∩ D(g) a mají vlastní derivace f 0 (x), g 0 (x)
v každém bodě x ∈ (a, b). Potom exi...
8 Urcitý integrál, krivkový integrál a Cauchyovy integráln´ı vety
i) Je-li F primitivnı́ funkce k f na Ω, potom také F + c je primitivnı́ funkcı́ k f na Ω pro
libovolné c ∈ C.
ii) Jsou-li F, G primitivnı́ funkce k f, g na Ω, potom αF + βG je primitivnı́ funkce ...
Použití derivací L`HOSPITALOVO PRAVIDLO PO ˇCÍTÁNÍ LIMIT
1. Pokud není definiční obor dán, zjistí se běžným způsobem, tj. ověřením, kde má použitý předpis smysl. Je
vhodné ověřit, zda je funkce lichá nebo sudá nebo periodická – v těchto případe...