Правило Лопіталя. Якщо функції f ( x ) і g( x ) диференці-йовані в околі точки x0 , за виключенням, можливо, самої точки
x0 ,
причому
в
цьому
околі
g'
( x ) ≠ 0
і якщо
lim f ( x ) = lim g( x ) = 0 або
lim f ( x ) =
lim g( x ) =∞ ,
x→ x0
x→ x0
x→ x0
x→ x0
то lim
f ( x )
=
lim
f ' ( x )
.
x→ x0 g( x )
x→ x0 g' ( x )
Коротко це правило можна сформулювати так:
Для невизначеностей типу
або
∞
границя відношення
∞
Двох функцій дорівнює границі відношення їх похідних, якщо вона існує.
Доведемо першу частину цього правила.
Доведення. Нехай функціїf ( x )іg( x )на деякому проміж-ку [a ,b]задовольняють умови теореми Коші і у внутрішній точці
x0 цього проміжку
f ( x0 ) = 0
і
g( x0 ) = 0.
Візьмемо на
проміжку [a ,b]яку-небудь
точку
x ,
відмінну
від
x0 , тобто
x ≠ x0 . Застосувавши теорему Коші,маємо
f ( x ) − f ( x0 )
=
f ′( c )
,
g( x ) − g( x0 )
g′( c )
де c -
точка, що знаходиться між
x0 та
x. Оскільки за припущен-
ням f ( x ) = 0 ,
g( x ) = 0 , то
f ( x )
=
f ′( c )
.
g( x )
g′( c )
Якщо x прямує до x0 , то і c буде прямувати до x0 , бо c
міститься між x
і x. Таким чином, якщо існує
lim
f ′( x )
, то
x→ x0 g′( x )
існує
lim
f ′( c )
, які рівні. Звідси випливає, що
g′( c )
c→ x0
lim
f ( x )
=
lim
f ′( x )
.
x→ x0 g( x ) x→ x0 g′( x )
пу ∞
Випадок, що в такий спосіб розкривається невизначеність ти-
вимагає більш складних міркувань і доводиться в більш пов-
∞
них курсах вищої математики.
Зауваження.Відмітимо,що умова про існування границі по-
хідних є суттєвою.
x − sin x
Наприклад,
lim
= 1
і
виконані
умови
x→∞ x + sin x
lim ( x − sin x ) = lim ( x + sin x ) =∞.
Про те застосувати правило
x→∞
x→∞
Лопіталя при розкритті цієї невизначеності типу
∞
неможливо, бо
1 − cos x
∞
lim
не існує.
x→∞ 1 + cos x
Приклад.Обчислити
lim
tg( x 2
− 4 )
.
− 3 x +
x→2 x2
Розв’язування. Підстановка
x = 2 в даний вираз дає невизна-
ченість
. Застосуємо правило Лопіталя:
lim
tg( x
2 − 4 )
=
lim
( tg( x
2 − 4 ))'
=
3 x + 2
3 x +
x→2 x2 −
x→2 ( x2 −
2 )'
= lim
2 x
=
2 ⋅ 2
= 4.
2 ( x2 − 4 )⋅ ( 2 x − 3 )
1 ⋅
( 2 ⋅ 2 − 3 )
x→2 cos
Формула Тейлора
Важливою задачею математичного аналізу є знаходження значень функцій, заданих формулами. Безпосередньо ми можемо обчислити значення функцій, заданих многочленами, чи дробово-раціональними функціями. Так, наприклад, знайдемо значення фун-
кцій: а) y = x2 − 5 x + 4 , при x = 2 , б)
z =
2 x − 1
, при x = 2 .
4 x2 + 3
Отримаємо: y( 2 ) = 22 − 5 ⋅ 2 + 4 = 2 ,
z( 2 ) =
2 ⋅ 2 − 1
=
.
4 ⋅ 22 + 3
Тоді як значення функцій y = sin x , y = ln x знайти безпосеред-
ньо не можемо.
В розв’язанні цієї задачі може допомогти формула Тейлора. Встановимо цю формулу для многочленів.