Лекции и конспекты по математике Примеры решения задч


  Пример 4.3   Найдём производную функции
$\displaystyle f(x)=\left\{\begin{array}{ll} x^2\sin\dfrac{1}{x},&\mbox{ при }x\ne0;\\ 0,&\mbox{ при }x=0. \end{array}\right. $
При $ x\ne0$ вычислим производную как производную произведения:
$\displaystyle f'(x)=2x\sin\dfrac{1}{x}+x^2\cos\dfrac{1}{x}\cdot\left(-\dfrac{1}{x^2}\right)= 2x\sin\dfrac{1}{x}-\cos\dfrac{1}{x}.$
При $ x=0$ производную вычислим по формуле, служащей определением производной:
$\displaystyle f'(0)=\lim_{h\to0}\dfrac{f(h)-f(0)}{h}= \lim_{h\to0}\dfrac{h^2\sin\dfrac{1}{h}}{h}= \lim_{h\to0}h\sin\dfrac{1}{h}=0,$
поскольку получили предел произведения бесконечно малой величины $ h$ и ограниченной величины $ \sin\dfrac{1}{h}$. Итак, $ f'(0)=0$, однако это значение не является пределом $ f'(x)$ при $ x\to0$, то есть производная $ f'(x)$ имеет при $ x=0$ разрыв второго рода. Действительно, в выражении для $ f'(x)$ при $ x\ne0$ первое слагаемое $ 2x\sin\dfrac{1}{x}$ стремится к 0 при $ x\to0$, однако второе слагаемое $ -\cos\dfrac{1}{x}$ не стремится ни к какому пределу при $ x\to0$, совершая вблизи 0 бесконечно много колебаний.
Рис.4.5.Графики функции $ f(x)$ и её производной $ f'(x)$

Этот пример показывает, что производная, даже если она всюду существует, не обязана быть непрерывной функцией.  

Пример 3.2. Построить график функции .

Решение. Используя формулу ,

преобразуем данную функцию к виду

 или .

Период функции   и поэтому достаточно построить

график функции в интервале длиной . Построение графика проведем в следующей последовательности:

1)  строим график функции  ( рис.12 ) в интервале ;


2) сжатием в 2 раза к оси OX получаем график функции в интервале  ( рис.12 );

сдвигом графика на  единиц по оси OX получаем график функции ( рис.12 );

3) растяжением в 2 раза вдоль оси OY и симметричным отображением относительно оси OX получаем график функции  ( рис.12 );

4) график данной функции получаем из графика сдвигом вдоль оси OY на 3 единицы ( рис. 12 ).

Преобразования несобственных интегралов от одного типа к другому

 Если первообразная в несобственных интегралах определяется без затруднений, то вычисление самого интеграла через предельный переход (который зачастую и не выписывается, а лишь подразумевается в целях упрощения выкладок) не вызывает особых сложностей. Если же первообразную найти затруднительно или же встаёт вопрос о её существовании при разрыве подынтегральной функции, то желательно установить сходимость или расходимость исследуемого интеграла вообще без попыток определения первообразной. Такую возможность дают признаки сходимости несобственных интегралов с одной особой точкой, которые будут рассмотрены в последующих параграфах. Эти признаки (критерии) сходимости или расходимости несобственных интегралов по бесконечному промежутку и от разрывных функций во многом схожи, так как при некоторых допущениях на подынтегральную функцию несобственный интеграл второго рода (от разрывных функций) с помощью замены переменной можно привести к несобственному интегралу первого рода (по бесконечному промежутку ) и, наоборот, свести несобственный интеграл первого рода к несобственному интегралу второго рода.

 Пусть в несобственном интеграле второго рода  подынтегральная функция непрерывна при Точка  есть особая точка, где подынтегральная функция терпит бесконечный разрыв или вовсе не определена. Тогда согласно определению несобственного интеграла от разрывной функции (формула (2)) имеем: (*) . Сделаем замену переменной: пусть , , ; если , то ; если , то ; . Левую часть равенства (*) выражаем через новую переменную:  (**) . Если интеграл  сходится, то существует конечный предел: . Из равенства (**) следует, что и для интеграла  существует конечный предел: . Итак, можно сказать, что сходимость несобственного интеграла по бесконечному промежутку  влечёт сходимость несобственного интеграла от разрывной функции , , причём имеет место и равенство этих интегралов.

Математический анализ Типовые расчеты по математике