КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

Задание 1.8.

а)

                             11 – 7х8 + 3х

Lim -------------------

                       х®   11 – 4х2 + 1

 

Предел вида / вычисляют по правилу Лопиталя:

 

Lim f(x)/j(x) = Lim f’(x)/j’(x)

 

11 – 7х8 + 3х = x(9х10 – 7х7 + 3)

(9х11 – 7х8 + 3х) = [x(9х10 – 7х7 + 3)]’ =

= x’(9х10 – 7х7 + 3) + x(9х10 – 7х7 + 3)’ =

= (9х10 – 7х7 + 3) + (90x10 – 49x7) =

= 99x10 – 56x7 + 3

(11 – 4х2 + 1)’ = 22x10 – 8x

 

Поскольку первый шаг не дал результатов, применяем правило Лапиталя вторично:

(99x10 – 56x7 + 3)’ = 990x9 – 56x7

(22x10 – 8x)’ = 220x9 – 8

Второй шаг также не дал положительных результатов, поэтому применяем правило Лапиталя в третий раз:

(990x9 – 56x7)’ = 8910x8 – 392x6

(220x9 – 8)’ = 1980x8

Разделив числитель на знаменатель, получаем:

(8910x8 – 392x6)/1980x8 = 4,5 – 0,198x-2

Lim (4,5 – 0,198x-2) = 4,5

                    x®

 

б)

                                х2 - 25

Lim --------------

                          х®5  2 – 6х - 20

 

Применяем правило Лапиталя.

2 – 25)’ = 2x

(2х2 – 6х – 20)’ = 4x – 6

Применяем правило Лапиталя вторично.

(2x)’ = 2

(4x – 6)’ = 4

                            х2 – 25       2

Lim -------------- = --- = 2

                     х®5  2 – 6х – 20    4

 

в)

                              (1+3x) - 4

Lim --------------

                          х®5     x – 5

Применяем правило Лапиталя.

((1+3x) – 4)’ = ((1+3x))’*(1+3x)’ = 3/2(1+3x)

(x – 5)’ = 1

Разделив числитель на знаменатель, и вместо х подставив 5 получаем:

                      (1+3x) – 4        3

Lim -------------- = --------- = 3/8

                 х®5     x – 5        2(1+3*5)

 

г)

 

                                  tg5x

Lim ------

                              х®0  sin7x

Применяем правило Лапиталя.

(tg5x)’ = 5/cos25x

(sin7x)’ = 7cos7x

Разделив числитель на знаменатель, получаем:

5/(cos25x * 7cos7x)

Поскольку cos0 = 1, то получаем:

                                tg5x

Lim ------ = 5

                            х®0  sin7x

 

д)

Lim = [1 – (7/x)]x+1

                                 x®

Применяем правило Лапиталя для степенных функций.

F(x) = [1 – (7/x)]x+1

ln[F(x)] = ln{[1 – (7/x)]x+1} =

= (x+1)ln[1 – (7/x)]

Преобразуем полученное выражение к виду:

ln[1 – (7/x)]

---------------

                                 1/(x+1)

Применяем правило Лапиталя для пределов вида 0/0.

(ln[1 – (7/x)])’ = 1/x2[1 – (7/x)]

[1/(x+1)]’ = 1/(x+1)2

 

Делим числитель на знаменатель, получаем:

(x+1)2

----------

x2[1 – (7/x)]

Первый шаг не дал результатов, поэтому применяем правило Лапиталя вторично:

[(x+1)2]’ = 2(x+1)

{x2[1 – (7/x)]}’ = 2x[1 – (7/x)] + 7x2/x2

Второй шаг также не дал положительных результатов, поэтому применяем правило Лапиталя еще раз.

[2(x+1)]’ = 2

{2x[1 – (7/x)] + 7}’ = 2[1-(7/x)] + 14x/x2 = 2

Разделив числитель на знаменатель, получаем:

Lim = [1 – (7/x)]x+1 = 2/2 = 1

                          x®

е)

Lim [(3x2 + 7x +2) - 3x]

                            x®

Предел разности равен разности пределов.

Lim ((3x2 + 7x + 2) - 3x) =

                          x®

= Lim ((3x2 + 7x + 2) - Lim3x

                           x®                               x®

 

Применяем следующее правило преобразования:

 

j - y = (1/y - 1/j):(1/jy)

(3x2 + 7x +2)-3x = {[1/3x]–[1/(3x2 + 7x + 2)]}:

:[1/3x*(3x2 + 7x + 2)]

Применяем правило Лапиталя.

Для числителя:

{[1/3x]–[1/(3x2 + 7x + 2)]}’ =

= [1/3x]’ – [1/(3x2 + 7x + 2)]’ =

= (-3/6x3x) + (6x+7)/2(3x2+7x+2)(3x2+7x+2)

Для знаменателя:

[1/3x*(3x2 + 7x + 2)]’

Введем новые переменные:

 

V = 3x

U = (3x2 + 7x + 2)

Тогда

[1/3x*(3x2 + 7x + 2)]’ = [1/V*U]’

[1/V*U]’ = -(V*U)’/2V*UV*U

(V*U)’ = V’U + V*U’

V’ = (3x)’ = 3

U’ = (3x2 + 7x + 2)’ = 6x + 7

(V*U)’ = 3(3x2 + 7x + 2) + 3x(6x + 7) =

= 27x2 +42x + 2

[1/3x*(3x2 + 7x + 2)]’ =

= -(27x2 +42x +2)/[6x(3x2 +7x +2)√3x(3x2 +7x +2)]

Тогда функция (1/y - 1/j)’:(1/jy)’ преобразуется к виду:

          (-3/6x3x) + (6x+7)/2(3x2+7x+2)(3x2+7x+2)

Lim(j-y)= -----------------------------------------

     -(27x2 +42x +2)/[6x(3x2 +7x +2)√3x(3x2 +7x +2)]

 

Принятая замена разности не дала результатов, поэтому представим разность как:

j-y = [(j/y) – 1]:(1/y)

Применяем правило Лапиталя.

[(j/y) – 1]’ = (j/y)’ =

                            jy - jy

= --------------

                                y2

j = √(3x2 + 7x +2)

y = 3x

j’ = [√(3x2+7x+2)]’ = (6x+7)/2(3x2+7x+2)

y’ = (3x)’ = 3/(23x)

y2 = (3x)2 = 3x

jy = 3x *[(6x+7)/2(3x2+7x+2)]

jy’ = [(3x2+7x+2)]*[3/(23x)]

                       (6x+7)3x     3(3x2+7x+2)

jy-jy’ = ---------  -  ------------  =

                      2(3x2+7x+2)        23x

 

 

                     6x(6x+7) - 6(3x2+7x+2)

= ---------------------- =

4√3x(3x2+7x+2)

 

 18x2 + 35x – 2

= ---------------- =

  4√3x(3x2+7x+2)

 

                  jy - jy     18x2 + 35x – 2

= ------------ = ----------------

                      y2        12(9x4+21x3+6x2)

 

 В связи с тем, что при дифференциации подкоренное выражение не поддается преобразованию, заданная функция не имеет предела при х ®

 

Задание № 2.8.

1. Найти производные первого порядка данных функций, используя правила вычисления производных (а-д).

2. Вычислить предел функции с помощью правила Лапиталя (е).

а)                       y = 3x3lnx – x3

y’ = (3x3lnx – x3)’

(3x3lnx – x3)’ = (3x3lnx)’ – (x3)’

(x3)’ = 3x2

(3x3lnx)’

Введем новые переменные:

U = 3x3

V = lnx

(3x3lnx)’ = (UV)’ = UV’ + U’V

U’ = (3x3)’ = 9x2

V’ = (lnx)’ = 1/x

(UV)’ = 3x2 + 9x2lnx

(3x3lnx – x3)’ = 3x2 + 9x2lnx - 3x2 = 9x2lnx

y’ = 9x2lnx

б)

                                                          3

y = ctg5e-2x

 

Введем новые переменные:

V = 2x; V’ = 2

U = e-V; U’ = (e-V)’ = V’e-V;

Q = ctgU; Q’ = (ctgU)’ = -U’/sin2U

                                                    

y’ = (Q5)’ = 5Q’Q4 = -5U’ctg4U/sin2U =

= -5V’e-Vctg4e-V/sin2e-V =

= 10e-2xctg4e-2x/sin2e-2x

                                       3

Y’ = (ctg5e-2x)’ = 10e-2xctg4e-2x/sin2e-2x

 

в)

x3 + y3 – 6xy – 7 = 0

(x3 + y3 – 6xy – 7)’ = 0

(x3)’ + (y3)’ – 6(xy)’  – (7)’ = 0

3x2 + 3y2 – 6(x+y) = 0

x2 + y2 – 2x - 2y = 0

 

г)

   x – e2x

y = -------

   x + e2x

 

Вводим новые переменные.

U = xe2x

U’ = 1 - e2x

V = x + e2x

V’ = 1 + e2x

      

       VU’ – UV’   

 y’ = ---------

      V2

 

         (x + e2x)( 1 - e2x) – (x – e2x)(1 + e2x)

y’ = --------------------------------------

          (x + e2x)2

 

       

 

       x - xe2x + e2x – e4x - x – xe2x + e2x + e4x

y’ = ---------------------------------------- =

(x + e2x)2

 

 

         2e2x(1 – x)

y’ = -----------

         (x + e2x)2

 

д)

                             ìх = tgt

                             í

îy = cos2t

 

x’ = (tgt)’ = 1/cos2t

y’ = -2sint

e)

                             e3x – 5x - 1

Lim ---------------

                         х®0   х – (1 – cos2х)

 

Применяем правило Лапиталя.

(e3x – 5x – 1)’ = (e3x)’ – (5x)’ – (1)’ = e3x - 5

[х –(1–cos2х)]’ = (х)’ – (1)’ – (cos2х)’ = 1+2sin2x

При х ® 0

e3x – 5 = -4

1+2sin2x = 1

    Lim f(x) = -4

                               х®0 

 

Задание № 3.8.

Построить график функции y=f(x), используя общую схему исследования функции.

а)

                               x3

y = -- - x2 – 3x

                               3

 

1) Определение нулей функции:

При х=0 y=0

x3 – 3x2 – 9x = 0

x2 – 3x – 9 = 0

x1,2 = 1,5±√((1,5)2 + 9) = 1,5±3,4

x1 = 4,9

x2 = - 1,9

Функция пересекает ось абсцисс в трех точках:

х=-1,9 х=0; х=4,9

2) Дифференцируемость функции:

Функция дифференцируема если существует предел

f’(x) = lin[f(x+Dx)-f(x)]/Dx

При х=0 и Dx = 1; yx=0; yx+Dx=-11/3; f’(x)=-11/3

При х=-1,9 и Dx = 1; yx=-0,2; yx+Dx=1,65; f’(x)=1,85

При х=4,9 и Dx = 1; yx=0,51; yx+Dx=15,95; f’(x)=15,44

Функция дифференцируема.

3) Нахождение асимптот и точек разрыва:

Функция обладает асимптотой, если существует предел

lim[f(x)/x]

                                                  x→∞

lim[f(x)/x] = x2/3 – x – 3 =

                             x→∞

Следовательно, функция не имеет ассимтоты.

Функция обладает точками разрыва, если при х®а y®

Таких точек у функции нет, следовательно, она не имеет точек разрыва.

4) Признак достаточного условия существования экстремума:

Если функция дважды дифференцируема в точке xi и первая производная в этой точке равна нулю, а вторая производная в этой точке больше нуля, то функция в этой точке имеет минимум, если вторая производная в этой точке меньше нуля, то функция в этой точке имеет максимум.

f(x) = (x3/3 – x2 – 3x)’ = (x3/3)’ – (x2)’ – (3x)’ =

= 2x2 – 2x - 3

2x2 – 2x – 3 = 0; x2 – x – 1,5 = 0;

X1,2 = 0,5±√((0,5)2 + 3); x1 = -1,3; x2 = 2,2

f’’(x) = (2x2 – 2x – 3)’ = (2x2)’ – (2x)’ – (3)’ =

= 4x - 2

При x1 = -1,3 f’’(x) = -7,2 < 0, следовательно, функция в этой точке имеет максимум.

При x1 = 2,2 f’’(x) = 6,8 > 0, следовательно, функция в этой точке имеет минимум

5) Признак достаточного условия существования точки перегиба функции:

Если вторая производная функции при переходе через точку меняет знак, то функция в этой точке имеет перегиб, т.е. функция в этой точке меняет вогнутость.

Если в данной точке производная (n-1)-го порядка обращается в ноль, а производная n-го порядка (не четная) не обращается в ноль, то в этой точке функция имеет перегиб.

f’’(x) = 0, при 4x-2 = 0, данная функция обращается в ноль ни при х=1/2, это и есть точка перегиба функции.

f’’’(x) = (4x – 2)’ = 4

Так как третья производная (n) не обращается в нуль, а вторая производная (n-1) в точке х=1,2 обращается в нуль, это значение соответствует точке перегиба функции.

 

б)

                                (x + 1)2

y = --------

                                 x – 2  

 

1) Определение нулей функции:

(x + 1)2 = x2 + 2x + 1 = 0

x1,2 = -1±√(1-1) = -1

Функция пересекает ось абсцисс в точке х=-1.

2) Дифференцируемость функции:

Функция дифференцируема, если существует предел

f’(x) = lin[f(x+Dx)-f(x)]/Dx

При х=-1 и Dx = 1; yx=0; yx+Dx=-1/2; f’(x)=-1/2

Функция дифференцируема.  

 

3) Нахождение асимптот и точек разрыва:

Функция обладает асимптотой, если существует предел

lim[f(x)/x]

                                                 x→∞

lim[f(x)/x] = lim(x + 1)2/х(х-2)

                       x→∞

[(x + 1)2]’ = (x2)’ + (2x)’ + (1)’ = 2x + 2

 

[х(х-2)]’ = (x2)’ - (2x)’ = 2x – 2

 

[2x + 2]’ = 2

[2x - 2]’ = 2

 

lim[f(x)/x] = 1

                                              x→∞

 

Асимптота функции y=1.

Функция обладает точками разрыва, если при х®а y®

x – 2 = 0; x = 2

Функция имеет разрыв в точке х=2.

4) Признак достаточного условия существования экстремума:

Если функция дважды дифференцируема в точке xi и первая производная в этой точке равна нулю, а вторая производная в этой точке больше нуля, то функция в этой точке имеет минимум, если вторая производная в этой точке меньше нуля, то функция в этой точке имеет максимум.

y’ = [(x + 1)2/(х-2)]’

Введем новые переменные.

U = (x + 1)2

U’ = 2(x + 1)

V = x – 2

V’ = 1

y’ = (VU’-UV’)/V2 =

= 2(x-2)(x+1)-(x + 1)2/(x-2)2 = (x2-4x-5)/(x-2)2

Так как первая производная функции не равна нулю, то, следовательно, функция не имеет экстремумов.

5) Признак достаточного условия существования точки перегиба функции:

Если вторая производная функции при переходе через точку меняет знак то функция в этой точке имеет перегиб, т.е. функция в этой точке меняет вогнутость.

Если в данной точке производная (n-1)-го порядка обращается в ноль, а производная n-го порядка (не четная) не обращается в ноль, то в этой точке функция имеет перегиб.

f’’(x) = [(x2-4x-5)/(x-2)2]’

Вводим новые переменные.

U = (x2-4x-5)

U’ = 2x-4

V = x2-4x+4

V’ = 2x-4

f’’(x) = (VU’-UV’)/V2 =

= [(x2-4x+4)(2x-4)-(x2-4x-5)(2x-4)]/(x2-4x+4)2

 Данная функция не обращается в ноль ни при каких значения х.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Задание 4.8.

Найти неопределенные интегралы и для интегралов под пунктами (б) и (в) произвести проверку полученного результата.

а)

[(20/4√x) – (5/(5-x2)]dx

Интеграл разности равен разности интегралов.

[(20/4x)dx(5/(5-x2)]dx

[(20/4x)dx = 20x-1/4dx = 80x3/4/3

(5/(5-x2)]dx = 5(5-x2)-1dx =

= 5(1/2√5)[ln(√5+x)/(√5-x)]

[(20/4√x) – (5/(5-x2)]dx =

= (80x3/4/3) – {5(1/2√5)[ln((√5+x)/(√5-x))]}

б)

[x2/(x3+8)5]dx

Вводим переменную z = x3+8; dz = 3x2dx; x2dx = dz/3

[1/3z5]dz = -1/12z4 = -1/12(x3+8)4

Проверяем:

d[-1/12(x3+8)4] = -1/12d[1/(x3+8)4] =

= (-1/12)(-4)3x2/(x3+8)5 =

= x2/(x3+8)5

 

в)

arccos7xdx

arccos7xdx = [xarccos7x] - √[(1/49-x2]

Проверяем:

d{([xarccos7x] - √[(1/49-x2]} =

= d([xarccos7x] - d√[(1/49-x2]

[xarccos7x]’ = x(arccos7x)’ + (x)’arccos7x =

-7x/√(1-49x2) + arccos7x

{√[(1/49-x2]}’ = -7x/√(1-49x2)

-7x/√(1-49x2) + arccos7x + 7x/√(1-49x2) =

= arccos7x

г)

(19 – 4x)/(2x2 + x - 3)dx

Вводим новые переменные.

U = (19 – 4x); dU = -4dx

dV = dx/(2x2 + x - 3)

UdV = UV - VdU

Для вычисления этого интеграла важно знать значение дискриминанта функции (2x2 + x - 3).

D = 4ас – b2 = -25

При D < 0 интеграл имеет следующее решение:

dV = (1/5)ln[(8x-4)/(8x+6)]

UdV = (1/5)(19–4x)ln[(8x-4)/(8x+6)] –

- (-4/5)ln[(8x-4)/(8x+6)]

 

д)

(5x3 + 2)/(x3 – 5x2 + 4x)dx

Вводим новые переменные.

U = (5x3 + 2); dU = 15x2dx

dV = dx/x(x2 – 5x + 4)

UdV = UV - VdU

V = dV = [1/x(x2 – 5x + 4)]dx

Для вычисления этого интеграла важно знать значение дискриминанта функции (x2 – 5x + 4).

D = 4ас – b2 = -9

При D < 0 интеграл имеет следующее решение:

dV = (1/8)ln[x2/(x2 – 5x + 4) –

-       5/8{(-2/3)Arth[(2x-5)/3]}

UdV = (5x3+2){(1/8)ln[x2/(x2–5x+4)]–

-       5/8{(-2/3)Arth[(2x-5)/3]} –

- 15x2{(1/8)ln[x2/(x2–5x+4)]–

-       5/8{(-2/3)Arth[(2x-5)/3]}dx

е)

[√x/((4√x)+1)]dx

Введем новые переменные:

dV = (x)dx; V = 2x3/2/3

U = 1/(4√x+1); dU = {-x3/4/[4(4√x)+1]}dx

UdV = UV - VdU

UdV = 2x3/2/3(4√x+1) - {-2x9/4/12[(4√x)+1]}dx

Сайт управляется системой uCoz