Kapitel 6. f(x) = sin x. Figur 6.1: Funktionen sin x. 1 Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 1

Relevanta dokument
3.1 Linjens ekvation med riktningskoefficient. y = kx + l.

Algebra, polynom & andragradsekvationer en pampig rubrik på ett annars relativt obetydligt dokument

SF1625 Envariabelanalys

konstanterna a och b så att ekvationssystemet x 2y = 1 2x + ay = b 2 a b

SF1620 Matematik och modeller

SEPARABLA DIFFERENTIALEKVATIONER

Modul 6: Integraler och tillämpningar

Lathund, procent med bråk, åk 8

Institutionen för matematik Envariabelanalys 1. Jan Gelfgren Datum: Fredag 9/12, 2011 Tid: 9-15 Hjälpmedel: Inga (ej miniräknare)

FÖRELÄSNING 1 ANALYS MN1 DISTANS HT06

Förberedelser inför lektion 1 (första övningen läsvecka 1) Lektion 1 (första övningen läsvecka 1)

Har du förstått? I De här talen är primtal a) 29,49 och 61 b) 97, 83 och 89 c) 0, 2 och 3.

Block 4 - Funktioner. Funktionsbegreppet Definitionsmängd

Övningshäfte i matematik för. Kemistuderande BL 05

OM KOMPLEXA TAL. 1 Om a är ett positivt reellt tal så betecknar a det positiva reella tal vars kvadrat är a men det är

Möbiustransformationer.

x 2 + px = ( x + p 2 x 2 2x = ( x + 2

Snabbslumpade uppgifter från flera moment.

Träning i bevisföring

Volymer av n dimensionella klot

DOP-matematik Copyright Tord Persson. Bråktal Läs av vilka tal på tallinjen, som pilarna pekar på. Uppgift nr

a n = A2 n + B4 n. { 2 = A + B 6 = 2A + 4B, S(5, 2) = S(4, 1) + 2S(4, 2) = 1 + 2(S(3, 1) + 2S(3, 2)) = 3 + 4(S(2, 1) + 2S(2, 2)) = = 15.

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341/LIMAB6, STN2) kl 08-13

Observera att alla funktioner kan ritas, men endast linjära funktioner blir räta linjer.

Kapitel 7. Kontinuitet. 7.1 Definitioner

Flervariabelanalys E2, Vecka 2 Ht08

Sammanfattning på lättläst svenska

David Wessman, Lund, 30 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 5. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

Mätningar på op-förstärkare. Del 3, växelspänningsförstärkning med balanserad ingång.

4-6 Trianglar Namn:..

ATT KUNNA TILL. MA1050 Matte Grund Vuxenutbildningen Dennis Jonsson

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 3.2

L(9/G)MA10 Kombinatorik och geometri Gruppövning 1

Facit till Några extra uppgifter inför tentan Matematik Baskurs. x 2 x

Facit med lösningsförslag kommer att anslås på vår hemsida Du kan dessutom få dem via e-post, se nedan.

Presentationsövningar

Ekvationssystem, Matriser och Eliminationsmetoden

Individuellt Mjukvaruutvecklingsprojekt

Pesach Laksman är lärarutbildare i matematik och matematikdidaktik vid Malmö högskola.

Statistik 1 för biologer, logopeder och psykologer

Vi skall skriva uppsats

7. SAMHÄLLSORIENTERING ÅK 5

Introduktion till Komplexa tal

Lennart Carleson. KTH och Uppsala universitet

Något om permutationer

4-3 Vinklar Namn: Inledning. Vad är en vinkel?

Övningshäfte Algebra, ekvationssystem och geometri

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

Föreläsning 8: Räkning. Duvhålsprincipen. Kombinatorik

Linjära system av differentialekvationer

Linjära system av differentialekvationer

729G04 - Hemuppgift, Diskret matematik

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

Funktionsbegreppet. Kapitel Introduktion till funktioner. Definition av funktion

HT 2011 FK2004 Tenta Lärare delen 4 problem 6 poäng / problem

Tentamen i Tillämpad matematisk statistik LMA521 för EPI och MI den 14 dec 2011

Tränarguide del 1. Mattelek.

Partnerskapsförord. giftorättsgods görs till enskild egendom 1, 2. Parter 3. Partnerskapsförordets innehåll: 4

De två första korten Tidig position

Lösningar till Tentamen i Matematisk Statistik, 5p 22 mars, Beräkna medelvärdet, standardavvikelsen, medianen och tredje kvartilen?

Laborativ matematik som bedömningsform. Per Berggren och Maria Lindroth

Idag. Hur vet vi att vår databas är tillräckligt bra?

Översikt. Rapport från skolverket. Förändring av matematikprestationerna Grundtankar bakom Pixel

Idag: Dataabstraktion

A1:an Repetition. Philip Larsson. 6 april Kapitel 1. Grundläggande begrepp och terminologi

Ha det kul med att förmedla och utveckla ett knepigt område!

Tankar om elevtankar. HÖJMA-projektet

Sidor i boken , , 3, 5, 7, 11,13,17 19, 23. Ett andragradspolynom Ett tiogradspolynom Ett tredjegradspolynom

Introduktion. Exempel Övningar Lösningar 1 Lösningar 2 Översikt

Frågorna 1 till 6 ska svaras med sant eller falskt och ger vardera 1

Geometri och Trigonometri

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS B HÖSTEN Tidsbunden del

Nedfrysning av spermier. Information om hur det går till att lämna och frysa ned spermier.

NATIONELLA MATEMATIKTÄVLING

Föreläsning 9: Hypotesprövning

Repetition av cosinus och sinus

Tentamen TAIU07 Matematiska beräkningar med MATLAB för MI

När jag har arbetat klart med det här området ska jag:

Axiell Arena. Samarbeta om bilder Regionbiblioteket i Kalmar län

Webb-bidrag. Sök bidrag på webben Gäller från

Energi & Miljötema Inrikting So - Kravmärkt

Lokal pedagogisk planering i matematik för årskurs 8

Ekvationer och olikheter

Utdrag ur protokoll vid sammanträde Ändrad deklarationstidpunkt för mervärdesskatt. Förslaget föranleder följande yttrande av Lagrådet:

TIMREDOVISNINGSSYSTEM

Föreläsning 5: Rekursion

Institutionen för Matematik. SF1625 Envariabelanalys. Lars Filipsson. Modul 1

När du som vårdpersonal vill ta del av information som finns hos en annan vårdgivare krävs det att:

Rekursion: varför? Problem delas upp i mindre bitar algoritm för att lösa problemet erhålls från problemformuleringen

SANNOLIKHET. Sannolikhet är: Hur stor chans (eller risk) att något inträffar.

Hävarmen. Peter Kock

För övrigt fullständig överensstämmelse kvalitativt sett för båda proverna. Alla lab som analyserat P-CCP ak på prov 18/D rapporterar ett starkt

Upplägg och genomförande - kurs D

Modul 1 Mål och Sammanfattning

Tillståndsmaskiner. 1 Konvertering mellan Mealy och Moore. Ola Dahl och Mattias Krysander Linköpings tekniska högskola, ISY, Datorteknik

Information sid 2 4. Beställning sid 5. Ändring/Nytt SIM sid 6. Avsluta abonnemang sid 7. Fakturafråga sid 8. Felanmälan/fråga sid 9.

Repetitionsuppgifter i Matematik inför Basår. Matematiska institutionen Linköpings universitet 2014

Om erbjudandet för din pensionsförsäkring med traditionell förvaltning.

Erfarenheter från ett pilotprojekt med barn i åldrarna 1 5 år och deras lärare

Sannolikhet och Odds

Transkript:

Kapitel 6 Gränsvärde 6. Definition av gränsvärde När vi undersöker gränsvärdet av en funktion undersöker vi vad som händer med funktionsvärdet då variabeln, x, går mot ett visst värde. Frågeställningen är alltså hur värdet av f(x) uppför sig för x-värden nära punkten x. Exempel 6. Vi undersöker funktionen f(x) för x-värden nära, då f(x) = sin x x Direkt insättning skulle ge, vilket är odefinierat. 3 3 Figur 6.: Funktionen sin x x. Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 3

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 3 Ur grafen ser vi ändå att ju närmare x ligger värdet, desto närmare ligger funktionsvärdet f(x). Detta betecknas med eller f(x), då x sin x x x =. Definition 6. En funktion sägs ha gränsvärdet a, då x går mot x, om funktionsvärdena f(x) hålls hur nära talet a som helst, så snart x väljs tillräckligt nära talet x. Detta betecknas f(x) = a eller f(x) a, då x x. x x 6. Räkneregler för gränsvärden Vi har följande räkneregler för gränsvärden, som vi inte bevisar, eftersom vår definition av gränsvärde är så vag och svår att arbeta med. Räkneregler 6.3 Antag i det följande att gränsvärdena x x f(x) och x x g(x) existerar. Då gäller:.. 3. x x (f(x) + g(x)) = x x f(x) + x x g(x) x x (f(x) g(x)) = x x f(x) x x g(x) (f(x)g(x)) = f(x) g(x) x x x x x x 4. f(x) x x g(x) = x x f(x) x x g(x), g(x) x x När man beräknar gränsvärden går det i många fall med direkt insättning. För alla polynomfunktioner, där x inte är en ändpunkt i intervallet som bestämmer definitionsmängden kan man beräkna gränsvärdet med direkt insättning. Samma gäller de trigonometriska funktionerna, exponentialfunktionen, logaritmfunktionen och potensfunktioner. Oinas-Kukkonen Kurs 6 kapitel

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 33 Exempel 6.4 Gränsvärdet för funktionen f(x) = x 3 4 då x beräknas enligt: x x3 4 = 3 4 = 4. Ofta uppstår dock svårigheter när en funktion inte är definierad i den punkt x där vi undersöker gränsvärdet. Vi skall i det följande se på några möjliga sätt att undersöka gränsvärdet trots att metoden med direkt insättning inte är möjlig. Det gemensamma för metoderna är att man försöker skriva om uttrycket i en sådan form att man kan tillämpa direkt insättning. Antag att vi har ett rationellt uttryck med polynomfunktioner i nämnare och täljare. Om vidå med direkt insättning av x = x erhåller det obestämda uttrycket vet vienligt satsens om polynoms faktorisering att x x är en faktor i nämnare och täljare. Detta kan vi utnyttja genom att dividera nämnare och täljare med x x, och därigenom få ett uttryck där den skenbara polen är bortförkortad. Exempel 6.5 Vi ska illustrera standardmetoden för bestämning av rationella gränsvärden genom att beräkna x 3x + 4x +. x + Direkt insättning ger det obestämda uttrycket. Täljaren har nollställena: x = 4 ± 6 4 3 6 = 4 ± 6 x = 3 x =. Därigenom kan vi omskriva uttrycket (x ): 3x + 4x + x x + 3(x + )(x + ) 3 = x x + = 3x + = 3 + = x Anmärkning 6.6 Detta är standardmetoden för att beräkna gränsvärden för rationella funktioner, där direkt insättning ger. Ett annat knep man kan använda sig av är att skriva om problemet. Detta genom att: x x f(x) = h f(x + h).

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 34 4 4 8 3 Figur 6.: Funktionen f(x) = (3x + 4x + )/(x + ). Dess funktionskurva sammanfaller med y = 3x+, förutom att f(x) inte är definierad för x =. Exempel 6.7 Beräkna: x 3 x x Insättning ger det odefinierade. Vi gör variabelbytet x = h + och beräknar: (h + ) 3 h (h + ) = (h 3 + 3h + 3h + ) h h = h h 3 + 3h + 3h h = h h(h + 3h + 3) h = h h + 3h + 3 = + 3 = 3. 6 4 3 Figur 6.3: En skiss av funktionen i exempel 6.7. Märk att funktionskurvan sammanfaller med en parabel överallt utom i x =, där den inte är definierad.

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 35 Man kan även använda konjugat- och kvadreringsregeln för att omformulera uttrycken. Vi ska nu illustrera standardmetoden för beräkning av gränsvärden som innehåller kvadratrot. I dessa fall lyckas man oftast beräkna gränsvärdet om man förlänger med kvadratrotens konjugattal. Exempel 6.8 Beräkna: x x x. Insättning ger det odefinierade. Vi använder konjugatregeln för att skriva om uttrycket. x x x = ( x )( x + ) x (x )( x + ) = x x (x )( x + ) = = x x + + =.9.8.7.6.5.4.3.5.5.5 3 Eftersom det gäller att a n b n = (a b)(a n + a n b + + ab n + b n ) kan man lösa följande problem.

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 36 Exempel 6.9 Beräkna: x 3 8 x x 4 insättning av x = ger det odefinerade. Omskrivning av täljaren enligt: och nämnaren enligt ger dock: x 3 8 = x 3 3 = (x )(x + x + 4) x 4 = (x )(x + ) x 3 8 x x = (x )(x + x + 4) x (x )(x + ) x + x + 4 x x + = + + 4 + = = 4 = 3. Observera att i beräkningarna bör man ha med beteckningen x x ända tills man använder direkt insättning. Det gäller alltså inte att: x x ( x )( x + ) =. x + 6.. Gränsvärden för trigonometriska funktioner När vi löser gränsvärden för trigonometriska funktioner 3 använder vi ofta följande sats: Sats 6. Speciellt gäller att sin f(x) x f(x) = om x f(x) =. sin x x x =. 3 Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 7

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 37 Exempel 6. Bestäm x x sin x cos x Insättning ger det obestämda. Vi skall försöka skriva om uttrycket. Eftersom cos x = sin x förlänger vi uttrycket, så att vi får (x, så att + cos x ): x (x sin x)( + cos x) ( cos x)( + cos x) = x sin x ( + cos x) x cos x x sin x( + cos x) = x sin x x = x x( + cos x) sin x = x sin x ( + cos x) x = ( + cos ) = ( + ) = 3 4 5 6 7 4 4

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 38 6.3 Ensidiga gränsvärden Då vi undersöker gränsvärden undersöker vi vilket värde funktionsvärdet f(x) närmar sig då x går mot en punkt x. Det ska alltså sakna betydelse från vilket håll vi närmar oss. x kan ju närma sig x både från höger och vänster. I många fall är det skillnad på om x går mot x från höger eller vänster 4. Exempel 6. Funktionen f(x) = { x +, då x x, då x > har gränsvärdet då x från vänster medan gränsvärdet är då x från höger.för att särskilja dessa fall har man infört följande beteckningar: x x f(x) = och f(x) =. + Vi har att x f(x) inte existerar, eftersom vi får olika gränsvärden från höger och vänster. 3 3 Figur 6.4: Funktionen f(x) har olika gränsvärde i x =, beroende på om man kommer från höger eller vänster. Därför har den inget gränsvärde i x. 4 Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 3

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 39 Definition 6.3 En funktion sägs ha vänstergränsvärdet a, då x går mot x, om funktionsvärdena f(x) hålls hur nära talet a som helst, så snart x (x < x ) väljs tillräckligt nära talet x.att f:s vänstergränsvärde i x är a betecknas med x x f(x) = a. Högergränsvärdet definieras på motsvarande sätt, dock så att x > x, och detta betecknas f(x) = a. x x + Exempel 6.4 Funktionen f(x) = x x saknar gränsvärde då x eftersom funktionen är definierad endast för x, x. Däremot gäller det att: x x + x = =. Sats 6.5 Vi har att x x f(x) = a x x f(x) = f(x) = a. x x + Detta innebär att ett gränsvärde existerar om och endast om höger- och vänstergränsvärdena existerar och är lika. Exempel 6.6 Existerar x f(x) då f(x) = x x För att gränsvärdet skall existera bör det gälla att: f(x) = f(x) x x + Definitionsmängden för uttrycket är x, x. Detta eftersom det krävs att x. Direkt insättning av x = ger det obestämda. Skriver om uttrycket genom att förlänga med konjugatet:? f(x) = x x = ( x )( + x ) x( + x )

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 4 = ( ( x )) x( + x ) = x x( + x ) Vi kan alltså undersöka (x > = x = x): x x x( + x ) = x + För x < gäller det att x = x och x x x( + x) = x + + x = + = x x( + ( x)) = x + + x = + + = Höger- och vänstergränsvärdena är alltså olika och gränsvärde i punkten x = existerar inte..8.6.4...4.6.8.5.5 Figur 6.5: Funktionen f(x) i exempel 6.6.

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 4 6.4 Oegentliga gränsvärden Vi ska nu se på två speciella gränsvärden. 5 Exempel 6.7 Se på kurvan för funktionen f(x) = x. 5 5 5 5 Funktionen f(x) är odefinierad i punkten x =. När x + närmar sig kurvan asymptotiskt positiva y-axeln, dvs. för små positiva värden på x närmar sig funktionskurvan y-axeln, så f(x) +. Funktionsvärdena går mot +. Då x går funktionsvärdena mot. Vi säger att x + x = och x x =. Definition 6.8 En funktion f sägs ha det oegentliga gränsvärdet ( ), då x x om funktionsvärdena f(x) kan fås att hållas godtyckligt positivt (negativt) stora så snart x väljs tillräckligt nära talet x. Detta betecknas med: f(x) = ( ) eller f(x) ( ) då x x. x x 5 Oinas Kukkonen m.fl Kurs 6 kapitel 4

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 4 Anmärkning 6.9 De oegentliga gränsvärdena är inga riktiga gränsvärden (därav namnet), utan bara ett bekvämt sätt att säga att en funktion växer över alla gränser. Om man säger att en funktion har ett gränsvärde, så avses ett riktigt sådant, dvs. inte ±. Vissa avser med f(x) att f(x) ± och gör inte någon större skillnad mellan dessa två. Jag tycker själv också bättre om detta beteckningssätt, men vi kan här följa gymnasieversionen, dvs. den version som finns i definitionen. Exempel 6. Man bör vara försiktig med hur man tolkar räknereglerna för gränsvärden då man har med oegentliga gränsvärden att göra. Några exempel:. ± a = a R. k = {, k > k =, k < k = och k/± = 3. alla följande är odefinierade: { ±, k >, k < Exempel 6. För n Z + gäller det att: x Om n är udda gäller det att = om n är jämnt xn = och x + xn x x n =. Bevis: (Delvist.) Vi bör visa t.ex. att funktionsvärdet kan fås godtyckligt stort då x +. Ta godtyckligt M R +. Då gäller att x ], f växer över alla gränser. n M [ = < x n < M = x n > M

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 43 Exempel 6. Bestäm a R så att x ax + x x existerar (och är ändligt). Vilket är gränsvärdet? För att gränsvärdet skall existera bör x vara en faktor i täljaren. (Varför?) Då måste det gälla att x = löser ekvationen: Insättning av x = ger: x ax + = a + = a = 3. Vi skriver om uttrycket: x 3x +. x x Eftersom ekvationen x 3x + = har lösningarna x = 3 ± 9 4 4 kan vi skriva x ax + x x Alternativ lösning: = 3 ± 4 (x )(x ) = x x x = x =. = x x = = För att gränsvärdet skall existera bör x vara en faktor i täljaren. Eftersom det för rötterna x, x i ekvationen c x + c x + c 3 = gäller att x + x = c och x x = c 3 c c bör det för x gälla att (givet att x = ) gälla att: x = a och x = =. Vi kan nu lösa ut a genom att sätta de båda uttrycken lika: a = Därefter fortsätter vi som ovan. a = 3.

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 44 Exempel 6.3 Se på grafen av funktionen f(x) = tan x. 3 π π π π π 3 π 4 4 4 4 Figur 6.6: Funktionen f(x) = tan x. Det gäller n Z att tan x = och tan x =. x π/+nπ x π/+nπ + Exempel 6.4 Se på grafen av funktionen f(x) = ln x. För logaritmfunktionen log a x, a > gäller det att x + log a x =. Om a ], [ så är /a > och ln(/a) = ln a, så Då fås alltså log a x = ln x ln a = ln x ln(/a) = log /a x. x + log a x = och x log a x =.

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 45 4 4 4 6 8 Figur 6.7: Funktionen f(x) = ln x. 6.5 Gränsvärden då x går mot ±. Nedanstående hittas i Oinas-Kukkonen Kurs 6 kapitel 9. Exempel 6.5 Se på funktionens f(x) = x graf nedan. I denna sektion undersöks vad som händer med funktionsvärdena då x blir stort, dvs. x ±. Funktionsvärdena för f(x) närmar sig talet då x-värdena går mot +. Motsvarande resulat fås då x går mot. Detta skriver vi som: x x = och x x =. Anmärkning 6.6 Dessa gränsvärden är egentliga, så länge de är ±. Då vi beräknar gränsvärden då x ± för rationella uttryck, förkortar man uttrycket med en faktor av samma gradtal som nämnaren. Minns att där c är en konstant och n >. x ± c x n =,

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 46 5 5 5 5 Figur 6.8: Funktionen f(x) = x origo. antar mindre värden ju längre x är från Exempel 6.7 Beräkna x x x + Vi bryter ut ett x ur både nämnare och täljare. x( ) x x x( + ) = x x + x x I ett uttryck av formen x x x x + x x f(x) g(x) x = ( ) x ( x) x + x = + = kan man beräkna gränsvärdet om g(x) a och f(x). Gränsvärdet för f g är då ±. Antag att n Z + är jämnt. Då gäller det att: Om n är udda gäller det att: x ± xn = x xn = och x xn =.

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 47.5.5.5 5 5 5 3 35 4 45 5 Figur 6.9: f(x) = (x )/(x + ) Exempel 6.8 Beräkna Bryter ut x upphöjt i gradtalet. x ( x4 5x 3 + x + 3). x ( x4 5x 3 + x + 3) x x4 ( 5 x + x + 3 3 x ) = 4 Exempel 6.9 Beräkna x 3 x x + x x. Bryter ut x eftersom gradtalet för nämnaren är två. x (x ) x x x ( + ) x x x x = x + x x = x x x x x x + x x x =

KAPITEL 6. GRÄNSVÄRDE 48 5 5 5 8 6 4 Vi kan sammanfatta resultaten i en sats: Sats 6.3 En rationell funktion f(x) = p(x) q(x), där p(x) och q(x) är polynom av graden p resp. q. har då x eller x. Gränsvärdet om p < q.. Gränsvärdet a (där a och b är koefficienterna framför termerna med b gradtalet p i täljaren resp. nämnaren) om p = q. 3. Det oegentliga gränsvärdet eller om p > q. För log a x och a x gäller det att x f(x) = om a >. Om däremot < a < gäller det att x log a x = och x a x =. Funktionerna sin x, cos x, tan x och cot x saknar gränsvärde då x. (Därför saknar till exempel sin(/x) gränsvärde då x.) Exempel 6.3 Beräkna: 3 x + 4 x x 4 x +. x Vi bryter ut den term som dominerar för stora x i nämnaren. 3 x + 4 x 4 x + = 4x ( 3x + ) 4 x x 4 x ( + x ) = ( 3 4 )x + ( 3 4 + ( och )x + 4 x )x x + ( = + )x + =.