חזור לתיקייה: תרגול

13 - גבולות של פונקציות

חיפוש בתיקיה
Ctrl K
לחץ כאן או הקש Ctrl K כדי לחפש בכל התיקיה
  • כללי
  • הגדרת הגבול

13 - גבולות של פונקציות

01040031

חשבון אינפיניטסימלי 1מ'

רשימות תרגול לקריאה בשבת

גבולות של פונקציות

הופק מתוך תקיית התואר של שקד

uni-folder.vercel.app

תרגיל (נכון/לא נכון)

אם f(x)<1f(x)<1f(x)<1 לכל xxx וגם lim⁡x→∞f(x)\lim_{ x \to \infty }f(x)limx→∞​f(x) קיים, אזי lim⁡x→∞f(x)<1\lim_{ x \to \infty }f(x)<1limx→∞​f(x)<1.

הטענה לא נכונה.
דוגמה: f:R→Rf:\mathbb{R}\to \mathbb{R}f:R→R

f=1−11+x2f=1-\frac{1}{1+x^2}f=1−1+x21​

זוהי פונקציה המקיימת את התנאים ו-lim⁡x→∞f(x)=1\lim_{ x \to \infty }f(x)=1limx→∞​f(x)=1.

תרגיל (נכון/לא נכון)

אם lim⁡x→∞fg=1\lim_{ x \to \infty } \frac{f}{g}=1limx→∞​gf​=1 אז lim⁡x→∞(f−g)=0\lim_{ x \to \infty }(f-g)=0limx→∞​(f−g)=0.

הטענה אינה נכונה.
דוגמה נגדית: f:R→Rf:\mathbb{R}\to \mathbb{R}f:R→R

f(x)=x3g(x)=x3+1f(x)=x^3 \qquad g(x)=x^3+1f(x)=x3g(x)=x3+1 f(x)g(x)=x3x3+1⟶x→∞1\frac{f(x)}{g(x)}=\frac{x^3}{x^3+1}\underset{x\to \infty}{\longrightarrow} 1g(x)f(x)​=x3+1x3​x→∞⟶​1 f−g=−1  ⟹  lim⁡x→∞(f−g)≠0f-g=-1 \implies \lim_{ x \to \infty } (f-g)\neq 0f−g=−1⟹x→∞lim​(f−g)=0
תרגיל (נכון/לא נכון)

אם lim⁡x→∞(f−g)=1\lim_{ x \to \infty }(f-g)=1limx→∞​(f−g)=1 וגם lim⁡x→∞g=∞\lim_{ x \to \infty }g=\inftylimx→∞​g=∞ אז lim⁡x→∞fg=1\lim_{ x \to \infty } \frac{f}{g}=1limx→∞​gf​=1.

הטענה נכונה.
לפי חשבון גבולות: lim⁡x→∞g=∞\lim_{ x \to \infty }g=\inftylimx→∞​g=∞ ⇐ lim⁡x→∞1g=0\lim_{ x \to \infty } \frac{1}{g}=0limx→∞​g1​=0 ולכן:

lim⁡x→∞fg=lim⁡x→∞(f−g)⋅1g+1=0+1=1\lim_{ x \to \infty } \frac{f}{g}=\lim_{ x \to \infty } (f-g)\cdot \frac{1}{g}+1=0+1=1x→∞lim​gf​=x→∞lim​(f−g)⋅g1​+1=0+1=1
תרגיל (נכון/לא נכון)

אם lim⁡x→5f(x)=5\lim_{ x \to 5 }f(x)=5limx→5​f(x)=5 אז lim⁡x→5f(f(x))=5\lim_{ x \to 5 }f(f(x))=5limx→5​f(f(x))=5.

הטענה לא נכונה.

f(x)={0x=55x≠5f(x)=\begin{cases} 0 & x=5 \\ 5 & x\neq5 \end{cases}f(x)={05​x=5x=5​

נראה כי lim⁡x→5f(x)=5\lim_{ x \to 5 }f(x)=5limx→5​f(x)=5 אבל f(5)=0f(5)=0f(5)=0 ולכן, lim⁡x→5f(f(x))=0\lim_{ x \to 5 }f(f(x))=0limx→5​f(f(x))=0.

תרגיל (נכון/לא נכון)

אם lim⁡x→∞(f(x))x=∞\lim_{ x \to \infty }(f(x))^x=\inftylimx→∞​(f(x))x=∞ אזי lim⁡x→∞f(x)=∞\lim_{ x \to \infty }f(x)=\inftylimx→∞​f(x)=∞.

הטענה אינה נכונה.

f(x)=5⟶x→∞∞f(x)=5 \cancel{\underset{x\to \infty}{\longrightarrow}} \inftyf(x)=5x→∞⟶​∞ 5x⟶x→∞∞5^x \underset{x\to \infty}{\longrightarrow} \infty5xx→∞⟶​∞
תרגיל (נכון/לא נכון)

אם f(x)>0f(x)>0f(x)>0 לכל xxx וגם lim⁡x→∞f1x(x)=∞\lim_{ x \to \infty }f^{\frac{1}{x}}(x)=\inftylimx→∞​fx1​(x)=∞ אז lim⁡x→∞f(x)=∞\lim_{ x \to \infty }f(x)=\inftylimx→∞​f(x)=∞.

הטענה נכונה.
הוכחה:
נקח f1x(x)⟶∞f^{\frac{1}{x}}(x)\longrightarrow \inftyfx1​(x)⟶∞ ⇐ קיים x0x_{0}x0​ כך שלכל x>x0x>x_{0}x>x0​ f1x(x)>2f^{\frac{1}{x}}(x)>2fx1​(x)>2.

f(x)>2x⟶∞f(x)> 2^x \longrightarrow \inftyf(x)>2x⟶∞

ולכן, לפי פיצה lim⁡x→∞f(x)=∞\lim_{ x \to \infty }f(x)=\inftylimx→∞​f(x)=∞.
∎

הגדרת הגבול

תרגיל

הוכיחו לפי הגדרה כי

lim⁡x→∞2x2+2x+73x2+3x−1=23\lim_{ x \to \infty } \frac{2x^2+2x+7}{3x^2+3x-1}=\frac{2}{3}x→∞lim​3x2+3x−12x2+2x+7​=32​

הוכחה:
צ"ל לכל ε>0\epsilon>0ε>0 קיים x0x_{0}x0​ כך שלכל x>x0x>x_{0}x>x0​ מתקיים:

∣2x2+2x+73x2+3x−1−23∣<ε\left| \frac{2x^2+2x+7}{3x^2+3x-1}-\frac{2}{3} \right|<\epsilon​3x2+3x−12x2+2x+7​−32​​<ε

יהי ε>0\epsilon>0ε>0. נפשט את ההפרש:

∣2x2+2x+73x2+3x−1−23∣=∣6x2+6x+21−6x2−6x+23(3x2+3x−1)∣=233∣3x2+3x−1∣\left| \frac{2x^2+2x+7}{3x^2+3x-1}-\frac{2}{3} \right|=\left| \frac{\cancel{6x^2}+\cancel{6x}+21-\cancel{6x^2}-\cancel{6x}+2}{3(3x^2+3x-1)} \right|=\frac{23}{3|3x^2+3x-1|}​3x2+3x−12x2+2x+7​−32​​=​3(3x2+3x−1)6x2+6x+21−6x2−6x+2​​=3∣3x2+3x−1∣23​

אם x>1x>1x>1 אז:

233∣3x2+3x−1∣=233(3x2+3x−1)<233(3x2)<279x2=3x2\frac{23}{3|3x^2+3x-1|}=\frac{23}{3(3x^2+3x-1)}< \frac{23}{3(3x^2)}< \frac{27}{9x^2}=\frac{3}{x^2}3∣3x2+3x−1∣23​=3(3x2+3x−1)23​<3(3x2)23​<9x227​=x23​

לכן, אם נבחר x0=max⁡{1,32}x_{0}=\max\left\{ 1, \sqrt{ \frac{3}{2} } \right\}x0​=max{1,23​​} אז:

∣f(x)−23∣<3x2<ε\left| f(x)-\frac{2}{3} \right|< \frac{3}{x^2}<\epsilon​f(x)−32​​<x23​<ε

∎

הגדרה 1 (שאיפה ל-−∞-\infty−∞)

לכל M<0M<0M<0 קיים x0x_{0}x0​ כך שלכל x<x0x<x_{0}x<x0​ מתקיים:

f(x)<Mf(x)<Mf(x)<M
תרגיל

הוכיחו לפי ההגדרה כי

lim⁡x→−∞x3x2+1=−∞\lim_{ x \to -\infty } \frac{x^3}{x^2+1}=-\inftyx→−∞lim​x2+1x3​=−∞

הוכחה:
יהי M>0M>0M>0. נבחר x<−1x<-1x<−1 ואז x2>1x^2>1x2>1.

x2x2+1>x22x2=12\frac{x^2}{x^2+1}> \frac{x^2}{2x^2}=\frac{1}{2}x2+1x2​>2x2x2​=21​ 0<x2+1<2x20<x^2+1<2x^20<x2+1<2x2

נכפיל ב-xxx. xxx שלילי ולכן:

x3x2+1<x2\frac{x^3}{x^2+1}< \frac{x}{2}x2+1x3​<2x​

ולכן, אם נבחר x0=min⁡{−1,2M}x_{0}=\min\left\{ -1, 2M \right\}x0​=min{−1,2M} אזי לכל x<x0x<x_{0}x<x0​ מתקיים:

x3x2+1<M\frac{x^3}{x^2+1}< Mx2+1x3​<M

∎

תרגיל

הוכיחו כי מתקיים:

lim⁡x→∞−4x3+7x2x2+1=−∞\lim_{ x \to \infty } \frac{-4x^3+7x}{2x^2+1}=-\inftyx→∞lim​2x2+1−4x3+7x​=−∞

צ"ל: לכל M<0M<0M<0 קיים x0x_{0}x0​ כך שלכל x>x0x>x_{0}x>x0​ מתקיים: −4x3+7x2x2+1<M\frac{-4x^3+7x}{2x^2+1}<M2x2+1−4x3+7x​<M.
הוכחה:
יהי M<0M<0M<0. אם x>1x>1x>1 אזי: −4x3+7x<−4x3+3x3=−x3-4x^3+7x<-4x^3+3x^3=-x^3−4x3+7x<−4x3+3x3=−x3. בנוסף, 2x2+1<3x22x^2+1<3x^22x2+1<3x2.

−4x3+7x2x2+1<−x33x2=−x3\frac{-4x^3+7x}{2x^2+1}< \frac{-x^3}{3x^2}=-\frac{x}{3}2x2+1−4x3+7x​<3x2−x3​=−3x​

ולכן, אם נבחר x0=max{1,−3M}x_{0}=max\left\{ 1,-3M \right\}x0​=max{1,−3M} אזי, לכל x>x0x>x_{0}x>x0​ מתקיים

−4x3+7x2x2+1<−x3<M\frac{-4x^3+7x}{2x^2+1}< -\frac{x}{3}<M2x2+1−4x3+7x​<−3x​<M

∎

תרגיל

הוכיחו לפי ההגדרה כי:

lim⁡x→−∞2x2−3x+1x2+1=2\lim_{ x \to -\infty } \frac{2x^2-3x+1}{x^2+1}=2x→−∞lim​x2+12x2−3x+1​=2

צ"ל: לכל ε>0\epsilon>0ε>0 קיים x0x_{0}x0​ כך שלכל x<x0x<x_{0}x<x0​ מתקיים: ∣2x2−3x+1x2+1−2∣<ε\left| \frac{2x^2-3x+1}{x^2+1}-2 \right|<\epsilon​x2+12x2−3x+1​−2​<ε
הוכחה:
יהי ε>0\epsilon>0ε>0. נפשט את ההפרש:

∣2x2−3x+1x2+1−2∣=∣−3x−1x2+1∣=↓x<−1לכל −3x−1x2+1<−3xx2+1<−3xx2=−3x\left| \frac{2x^2-3x+1}{x^2+1}-2 \right|=\left| \frac{-3x-1}{x^2+1} \right|\underset{\begin{matrix} \downarrow \\ x<-1\R{\text{לכל }} \end{matrix}}{=}\frac{-3x-1}{x^2+1}< \frac{-3x}{x^2+1}< \frac{-3x}{x^2}= -\frac{3}{x}​x2+12x2−3x+1​−2​=​x2+1−3x−1​​↓x<−1לכל ​=​x2+1−3x−1​<x2+1−3x​<x2−3x​=−x3​

ולכן, אם נבחר x0=min⁡{−1,−3ε}x_{0}=\min\left\{ -1,-\frac{3}{\epsilon} \right\}x0​=min{−1,−ε3​} אז לכל x<x0x<x_{0}x<x0​ נקבל:

∣2x2−3x+1x2+1−2∣<−3x<ε\left| \frac{2x^2-3x+1}{x^2+1}-2 \right|< -\frac{3}{x}<\epsilon​x2+12x2−3x+1​−2​<−x3​<ε

∎