أمثلة مع حلول تفصيلية وتمارين تحل مسائل النهايات المتعلقة بالصيغ غير المعينة مثل:
فيما يلي، يمثل \( C \) ثابت التكامل إن وجد.
المبرهنة
تتيح لنا النسخة الثانية من قاعدة لوبيتال استبدال مسألة النهاية:
بمسألة أخرى أبسط لحلها.
إذا كانت \( \lim f(x) = \infty \) و \( \lim g(x) = \infty \) وكانت \( \lim \dfrac{f'(x)}{g'(x)} \) تمتلك قيمة منتهية \( L \)، أو كانت من الشكل \( \infty \) أو \( -\infty \)، إذن:
فيما سبق، يرمز الرمز \( \lim \) إلى \( \lim_{x \to a} f(x) \) أو \( \lim_{x \to a^+} f(x) \) أو \( \lim_{x \to a^-} f(x) \) أو \( \lim_{x \to \infty} f(x) \) أو \( \lim_{x \to -\infty} f(x) \).
أمثلة مع حلول تفصيلية
انقر فوق كل مثال لعرض حله المفصل خطوة بخطوة.
المثال 1
أوجد النهاية:
إظهار الحل
بما أن:
و
لدينا الصيغة غير المعينة:
يمكن استخدام قاعدة لوبيتال لتقييم مسألة النهاية المعطاة على النحو التالي:
احسب المشتقات في البسط والمقام:
احسب النهايات في البسط والمقام:
نقيم الآن النهاية المعطاة:
المثال 2
أوجد النهاية:
إظهار الحل
لاحظ أن:
و
هذه هي الصيغة غير المعينة \( \infty \cdot 0 \). الفكرة هي تحويلها إلى الصيغة غير المعينة \( \dfrac{\infty}{\infty} \) واستخدام نظرية لوبيتال. لاحظ أن:
نطبق قاعدة لوبيتال:
المثال 3
أوجد النهاية:
إظهار الحل
لاحظ أن \( \lim_{x \to \infty} \left(1 + \dfrac{1}{x}\right) = 1 \) والنهاية أعلاه تُعطى بواسطة:
وهي من الصيغة غير المعينة \( 1^\infty \). إذا فرضنا \( t = 1 / x \)، يمكن كتابة النهاية أعلاه على النحو التالي:
لاحظ أنه عندما \( x \to \infty \)، فإن \( t \to 0^+ \).
ليكن \( y = (1 + t)^{1/t} \) وجد نهاية \( \ln y \) عندما يقترب \( t \) من 0:
تتمثل ميزة استخدام \( \ln y \) في أن:
النهاية لها الصيغة غير المعينة \( 0 / 0 \)، ويمكن تطبيق قاعدة لوبيتال الأولى:
بما أن نهاية \( \ln y = 1 \)، فإن نهاية \( y \) هي \( e^1 = e \). وعليه:
المثال 4
أوجد النهاية:
إظهار الحل
لاحظ أن:
و
هذه النهاية لها الصيغة غير المعينة \( \infty - \infty \) ويجب تحويلها إلى صيغة أخرى عن طريق توحيد الحدود:
لدينا الآن الصيغة غير المعينة \( 0 / 0 \) ويمكننا استخدام نظرية لوبيتال:
لدينا مرة أخرى الصيغة غير المعينة \( 0 / 0 \) ونستخدم نظرية لوبيتال مرة أخرى:
المثال 5
أوجد النهاية:
إظهار الحل
لدينا الصيغة غير المعينة \( 0^0 \). ليكن \( y = x^x \) و \( \ln y = \ln (x^x) = x \ln x \). لنوجد الآن نهاية \( \ln y \):
النهاية أعلاه لها الصيغة غير المعينة \( 0 \cdot \infty \). نحولها كالتالي:
أصبحت الآن بالصيغة غير المعينة \( \dfrac{\infty}{\infty} \) ويمكننا استخدام نظرية لوبيتال:
نهاية \( \ln y = 0 \)، لذا فإن نهاية \( y = x^x \) تساوي:
التمارين
احسب النهايات التالية. انقر فوق كل تمرين للتحقق من إجاباتك.
التمرين 1
\( \displaystyle \lim_{x \to \infty} (\ln x)^{1/x} \)
إظهار الإجابة
التمرين 2
\( \displaystyle \lim_{x \to \infty} (\ln x - \ln (1 + x)) \)
إظهار الإجابة
التمرين 3
\( \displaystyle \lim_{x \to \infty} \dfrac{x}{e^x} \)
إظهار الإجابة
التمرين 4
\( \displaystyle \lim_{x \to 0^+} x^{\sin x} \)