Свойства пределов. Интегрирование по частям

Размещено на http://www.allbest.ru

Свойства пределов

Определение. Число называется пределом последовательности , если для любого положительного числа найдется член последовательности такой, что все члены последовательности , следующие за ним, отстоят от меньше, чем на .

Определение. Число называется пределом последовательности , если в любом открытом промежутке, содержащем число , содержатся все члены последовательности , начиная с некоторого.

Теорема (о единственности предела). Если -- предел последовательности и -- предел последовательности , то .

Доказательство. Предположим, что . Возьмем . Найдется такой номер , что

также существует

Возьмем , которое больше и . Тогда

Обозначение. есть предел :

,

-- стремится (сходится) к ,

Определение. Последовательность, имеющая предел, называется сходящейся. предел последовательность интегрирование теорема

Определение. Последовательность называется строго возрастающей (возрастающей) [строго убывающей] убывающей, если каждый ее член, начиная со второго, больше (не меньше) [меньше] не больше предыдущего члена.

Последовательности (строго) возрастающая и (строго) убывающая называются (строго)монотонными.

Определение. Последовательность называется ограниченной, если существует .

Теорема. Всякая сходящаяся последовательность ограничена.

Доказательство. Пусть -- предел последовательности . Тогда найдется такой номер , что

Тогда .

Замечание. Тем самым, мы доказали ограниченность последовательности , поскольку, выбрав , получим .

Определение. Говорят, что последовательность отделена от нуля, если найдется такое положительное число , что все члены этой последовательности по модулю больше .

Теорема (о предельном переходе в неравенствах). Пусть и -- последовательности, причем . Пусть , . Тогда .

Доказательство. Предположим, что утверждение теоремы неверно, т.е. . Рассмотрим промежутки

Возьмем . Тогда

Получили противоречие, т.к.

Замечание. Если в условии теоремы заменить неравенство на , то все равно можно утверждать лишь то, что . Действительно,

Теорема (принцип сжатой последовательности, теорема о двух милиционерах). Пусть даны последовательности и существует : . Известно, что . Тогда .

Доказательство. Возьмем произвольный промежуток .

Обозначим . Тогда

Значит, .

Замечание. Принцип сжатой последовательности является теоремой существования и не следует из теоремы о предельном переходе в неравенствах.

Определение. Говорят, что , если

Последовательность при этом называется бесконечно большой;

, если

, если

Определение. Последовательность называется бесконечно малой, если .

Интегрирование по частям

Пример 1

Найти неопределенный интеграл.

Классика. Время от времени данный интеграл можно встретить в таблицах, но пользоваться готовым ответом нежелательно, так как у преподавателя весенний авитаминоз и он сильно заругается. Потому что рассматриваемый интеграл отнюдь не табличный - он берётся по частям. Решаем:

Прерываем решение на промежуточные объяснения.

Используем формулу интегрирования по частям:

Формула применяется слева направо

Смотрим на левую часть: . Очевидно, что в нашем примере (и во всех остальных, которые мы рассмотрим) что-то нужно обозначить за а что-то за .

В интегралах рассматриваемого типа за всегда обозначается логарифм.

Технически оформление решения реализуется следующим образом, в столбик записываем:

То есть, за мы обозначили логарифм, а за - оставшуюся часть подынтегрального выражения.

Следующий этап: находим дифференциал :

Дифференциал - это почти то же самое, что и производная, как его находить, мы уже разбирали на предыдущих уроках.

Теперь находим функцию . Для того чтобы найти функцию необходимо проинтегрировать правую часть нижнего равенства :

Теперь открываем наше решение и конструируем правую часть формулы: .

Вот кстати, и образец чистового решения с небольшими пометками:

Единственный момент, в произведении я сразу переставил местами и , так как множитель принято записывать перед логарифмом.

Как видите, применение формулы интегрирования по частям, по сути дела, свело наше решение к двум простым интегралам.

Обратите внимание, что в ряде случаев сразу после применения формулы, под оставшимся интегралом обязательно проводится упрощение - в рассматриваемом примере мы сократили подынтегральное выражение на «икс».

Выполним проверку. Для этого нужно взять производную от ответа:

Получена исходная подынтегральная функция, значит, интеграл решён правильно.

В ходе проверки мы использовали правило дифференцирования произведения: . И это не случайно.

Формула интегрирования по частям и формула - это два взаимно обратных правила.

Пример 2

Найти неопределенный интеграл.

Подынтегральная функция представляет собой произведение логарифма на многочлен.

Решаем.

Я еще один раз подробно распишу порядок применения правила, в дальнейшем примеры будут оформляться более кратко, и, если у Вас возникнут трудности в самостоятельном решении, нужно вернуться обратно к первым двум примерам урока.

Как уже говорилось, за необходимо обозначить логарифм (то, что он в степени - значения не имеет). За обозначаем оставшуюся часть подынтегрального выражения.

Записываем в столбик:

Сначала находим дифференциал :

Здесь использовано правило дифференцирования сложной функции . Не случайно, на самом первом уроке темы Неопределенный интеграл. Примеры решений я акцентировал внимание на том, что для того, чтобы освоить интегралы, необходимо «набить руку» на производных. С производными придется столкнуться еще не раз.

Теперь находим функцию , для этого интегрируем правую часть нижнего равенства :

Для интегрирования мы применили простейшую табличную формулу

Теперь всё готово для применения формулы . Открываем «звёздочкой» и «конструируем» решение в соответствии с правой частью :

Под интегралом у нас снова многочлен на логарифм! Поэтому решение опять прерывается и правило интегрирования по частям применяется второй раз. Не забываем, что за в похожих ситуациях всегда обозначается логарифм.

Хорошо бы, если к данному моменту простейшие интегралы и производные Вы умели находить устно.

(1) Не путаемся в знаках! Очень часто здесь теряют минус, также обратите внимание, что минус относится ко всей скобке , и эти скобки нужно корректно раскрыть.

(2) Раскрываем скобки. Последний интеграл упрощаем.

(3) Берем последний интеграл.

(4) «Причесываем» ответ.

Размещено на Allbest.ru