יהודה שמחה (שיחה | תרומות) מ |
|||
(8 גרסאות ביניים של משתמש אחר אחד אינן מוצגות) | |||
שורה 1: | שורה 1: | ||
+ | =סרטונים מצולמים בנושא= | ||
+ | <videoflash>PaDFSrtsOE4</videoflash> | ||
+ | |||
+ | |||
=כלל לופיטל= | =כלל לופיטל= | ||
− | תהיינה שתי פונקציות <math>f,g</math>. ותהי נקודה <math>x_0\in \R</math> או <math>x_0=\pm\infty</math> כך ש | + | תהיינה שתי פונקציות <math>f,g</math> . ותהי נקודה <math>x_0\in\R</math> או <math>x_0=\pm\infty</math> כך ש- |
:<math>\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=L</math> | :<math>\lim\limits_{x\to x_0}f(x)=L</math> | ||
:<math>\lim\limits_{x\to x_0}g(x)=M</math> | :<math>\lim\limits_{x\to x_0}g(x)=M</math> | ||
− | |||
נראה כיצד ניתן להעזר בכלל לופיטל על מנת לחשב גבולות במקרים בהם משפטי האריתמטיקה הרגילים נכשלים. | נראה כיצד ניתן להעזר בכלל לופיטל על מנת לחשב גבולות במקרים בהם משפטי האריתמטיקה הרגילים נכשלים. | ||
− | == מקרה ראשון <math>\frac{0}{0}</math> או <math>\frac{\infty}{\infty}</math>== | + | ==מקרה ראשון <math>\frac{0}{0}</math> או <math>\frac{\infty}{\infty}</math>== |
נניח <math>M=L=0</math> '''או''' <math>M=L=\pm\infty</math> | נניח <math>M=L=0</math> '''או''' <math>M=L=\pm\infty</math> | ||
שורה 12: | שורה 15: | ||
===דוגמא 1=== | ===דוגמא 1=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x}</math>. | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x}</math> . |
− | זהו מקרה של <math>\frac{\infty}{\infty}</math>. נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל | + | זהו מקרה של <math>\frac{\infty}{\infty}</math> . נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל |
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\frac1{x}}{1}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{1}{x}=0</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x} = \lim\limits_{x\to\infty}\frac{\frac1{x}}{1} = \lim\limits_{x\to\infty}\ | + | |
===דוגמא 2=== | ===דוגמא 2=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\ | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln(x+1)}{x}</math> . |
− | זהו מקרה של <math>\frac{0}{0}</math>. נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל | + | זהו מקרה של <math>\frac{0}{0}</math> . נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל |
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln(x+1)}{x}=\lim\limits_{x\to0}\frac{\frac{1}{x+1}}{1}=1</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\ | + | |
===דוגמא 3=== | ===דוגמא 3=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\frac{\pi}{2}}\ | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\frac{\pi}{2}}\dfrac{\cos(x)}{x-\dfrac{\pi}{2}}</math> . |
− | + | ||
− | + | ||
+ | זהו מקרה של <math>\frac{0}{0}</math> . נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל | ||
:<math>\lim\limits_{x\to\frac{\pi}{2}}\frac{\cos(x)}{x-\frac{\pi}{2}}=\lim\limits_{x\to\frac{\pi}{2}}\frac{-\sin(x)}{1}=-1</math> | :<math>\lim\limits_{x\to\frac{\pi}{2}}\frac{\cos(x)}{x-\frac{\pi}{2}}=\lim\limits_{x\to\frac{\pi}{2}}\frac{-\sin(x)}{1}=-1</math> | ||
− | + | ==מקרה שני <math>0\cdot\infty</math>== | |
− | == מקרה שני <math>0\cdot \infty</math>== | + | נניח <math>L=0\ ,\ M=\infty</math> ועלינו לחשב את הגבול <math>\lim\limits_{x\to x_0}f\cdot g</math> . |
− | נניח <math>L=0 | + | |
במקרה זה, אנו מעבירים את הביטוי לצורה של שבר מהמקרה הראשון. | במקרה זה, אנו מעבירים את הביטוי לצורה של שבר מהמקרה הראשון. | ||
===דוגמא 4=== | ===דוגמא 4=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\ | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to0}\Big[x\ln(x)\Big]</math> . |
− | זהו מקרה של <math>-\infty\ | + | זהו מקרה של <math>-\infty\cdot0</math> . נעביר את הביטוי לצורה של שבר (באמצעות כלל האוזן), ונפעיל את כלל לופיטל: |
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to0}\Big[x\ln(x)\Big]=\lim\limits_{x\to0}\frac{\ln(x)}{\frac{1}{x}}=</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\ | + | |
נגזור מונה ומכנה ונקבל | נגזור מונה ומכנה ונקבל | ||
− | :<math>= \lim\limits_{x\ | + | :<math>=\lim\limits_{x\to0}\frac{\frac{1}{x}}{-\frac{1}{x^2}}=\lim_{x\to0}-x=0</math> |
− | + | ||
'''שימו לב''': כלל לופיטל לא מוכרח להצליח. למשל במקרה זה, אם היינו מעבירים את הלוגריתם למכנה בתרגיל זה ומפעילים כלל לופיטל, לא היינו מתקדמים. נסו ותהנו. | '''שימו לב''': כלל לופיטל לא מוכרח להצליח. למשל במקרה זה, אם היינו מעבירים את הלוגריתם למכנה בתרגיל זה ומפעילים כלל לופיטל, לא היינו מתקדמים. נסו ותהנו. | ||
− | |||
===דוגמא 5=== | ===דוגמא 5=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[e^x | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[e^x\sin\left(\tfrac{1}{x}\right)\Big]</math> . |
− | זהו מקרה של <math>\infty\ | + | זהו מקרה של <math>\infty\cdot0</math> . נעביר את הביטוי לצורה של שבר, ונפעיל את כלל לופיטל: |
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[e^x\sin\left(\tfrac{1}{x}\right)\Big]=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\sin\left(\tfrac{1}{x}\right)}{e^{-x}}=</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[e^x | + | |
נגזור מונה ומכנה ונקבל | נגזור מונה ומכנה ונקבל | ||
− | <math>= \lim\limits_{x\to\infty}\frac{-\ | + | :<math>=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{-\frac{1}{x^2}\cdot\cos\left(\tfrac{1}{x}\right)}{-e^{-x}}</math> |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
+ | כעת, אין אנו רוצים לגזור ביטויים מסובכים. אנו יודעים כי <math>\lim\limits_{x\to\infty}\cos\left(\tfrac{1}{x}\right)=1</math> , לכן נותר רק לחשב את הגבול | ||
:<math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{x^2}</math> | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{x^2}</math> | ||
− | + | זהו מקרה של <math>\frac{\infty}{\infty}</math> , לכן נפעיל כלל לופיטל (פעמיים): | |
− | זהו מקרה של <math>\frac{\infty}{\infty}</math>, לכן נפעיל כלל לופיטל (פעמיים): | + | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{x^2}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{2x}=\lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{2}=\infty</math> |
− | + | ||
− | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{x^2} = \lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{2x} = \lim\limits_{x\to\infty}\frac{e^x}{2} = \infty</math> | + | |
− | + | ||
אם נחבר את כל התוצאות יחדיו, נקבל כי | אם נחבר את כל התוצאות יחדיו, נקבל כי | ||
+ | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[e^x\sin(\tfrac1{x})\Big]=\infty</math> | ||
− | + | ==מקרה שלישי <math>0^0</math> או <math>1^\infty</math> או <math>\infty^0</math>== | |
+ | במקרה זה עלינו לחשב את הגבול <math>\lim\limits_{x\to x_0}f^g</math> . | ||
− | + | כאשר <math>L=M=0</math> '''או''' <math>L=1\ ,\ M=\infty</math> '''או''' <math>L=\infty\ ,\ M=0</math> . | |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | כאשר <math>L=M=0</math> '''או''' <math>L=1,M=\infty</math> '''או''' <math>L=\infty, M=0</math>. | + | |
בכל אחד מהמקרים נשתמש בדרך הבאה- | בכל אחד מהמקרים נשתמש בדרך הבאה- | ||
− | ראשית נבחין כי <math>f^g = e^{\ln(f^g)} = e^{g\cdot\ln(f)}</math>, | + | ראשית נבחין כי <math>f^g=e^{\ln(f^g)}=e^{g\cdot\ln(f)}</math> , |
− | שנית, נחשב את הגבול <math>K=\lim\limits_{x\to x_0}\Big[g\cdot\ln(f)\Big]</math>. | + | שנית, נחשב את הגבול <math>K=\lim\limits_{x\to x_0}\Big[g\cdot\ln(f)\Big]</math> . |
לבסוף, קיבלנו כי מתקיים | לבסוף, קיבלנו כי מתקיים | ||
− | |||
:<math>\lim\limits_{x\to x_0}f^g=e^K</math> | :<math>\lim\limits_{x\to x_0}f^g=e^K</math> | ||
===דוגמא 6=== | ===דוגמא 6=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\sqrt[x]{x}</math>. | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\sqrt[x]{x}</math> . |
ראשית, נשים לב כי בעצם מדובר בגבול | ראשית, נשים לב כי בעצם מדובר בגבול | ||
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}x^\frac{1}{x}</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}x^\ | + | זהו המקרה של <math>\infty^0</math> . |
− | + | ||
− | זהו המקרה של <math>\infty^0</math>. | + | |
כעת, | כעת, | ||
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}x^{\frac{1}{x}}=\lim\limits_{x\to\infty}e^\tfrac{\ln(x)}{x}=e^0=1</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}x^{\ | + | |
− | + | ||
(הרי חישבו כבר בדוגמא 1 כי <math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x}=0</math>). | (הרי חישבו כבר בדוגמא 1 כי <math>\lim\limits_{x\to\infty}\frac{\ln(x)}{x}=0</math>). | ||
+ | ==מקרה רביעי <math>\infty-\infty</math>== | ||
+ | במקרה זה עלינו לחשב את הגבול <math>\lim\limits_{x\to x_0}\big[f-g\big]</math> כאשר <math>L=M=\infty</math> . | ||
− | + | במקרה זה נבצע '''מכנה משותף''' או שנוציא '''גורם משותף''' בהתאם לתרגיל, על-מנת לעבור למקרה הראשון או השני של כלל לופיטל. | |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | במקרה זה נבצע '''מכנה משותף''' או שנוציא '''גורם משותף''' בהתאם לתרגיל, על מנת לעבור למקרה הראשון או השני של כלל לופיטל. | + | |
− | + | ||
===דוגמא 7=== | ===דוגמא 7=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\ | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to1}\left[\frac{1}{x-1}-\frac{1}{\ln(x)}\right]</math> . |
זהו המקרה של <math>\infty-\infty</math> נבצע מכנה משותף ונקבל | זהו המקרה של <math>\infty-\infty</math> נבצע מכנה משותף ונקבל | ||
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to1}\left[\frac{1}{x-1}-\frac{1}{\ln(x)}\right]=\lim\limits_{x\to1}\left[\frac{\ln(x)-x+1}{(x-1)\ln(x)}\right]</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\ | + | זהו המקרה של <math>\frac{0}{0}</math> , נגזור מונה ומכנה ונקבל: |
− | + | :<math>=\lim\limits_{x\to1}\left[\frac{\frac{1}{x}-1}{\ln(x)+\frac{x-1}{x}}\right]=\lim\limits_{x\to1}\left[\frac{1-x}{x\cdot\ln(x)+x-1}\right]</math> | |
− | זהו המקרה של <math>\frac{0}{0}</math>, נגזור מונה ומכנה ונקבל: | + | |
− | + | ||
− | :<math>=\lim\limits_{x\ | + | |
− | + | ||
שוב נגזור מונה ומכנה ונקבל | שוב נגזור מונה ומכנה ונקבל | ||
− | + | :<math>=\lim\limits_{x\to1}\left[\frac{-1}{\ln(x)+1+1}\right]=-\frac12</math> | |
− | :<math>=\lim\limits_{x\ | + | |
===דוגמא 8=== | ===דוגמא 8=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[x-\ln(x)\Big]</math>. | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[x-\ln(x)\Big]</math> . |
זהו המקרה של <math>\infty-\infty</math> נוציא גורם משותף ונקבל | זהו המקרה של <math>\infty-\infty</math> נוציא גורם משותף ונקבל | ||
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[x-\ln(x)\Big]=\lim\limits_{x\to\infty}\left[x\left(1-\frac{\ln(x)}{x}\right)\right]=\infty\cdot(1-0)=\infty</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\to\infty}\Big[x-ln(x)\Big] = \lim\limits_{x\to\infty}x\ | + | |
− | + | ||
(שוב השתמשנו בדוגמא 1). | (שוב השתמשנו בדוגמא 1). | ||
− | |||
==מקרה חמישי - כלל לופיטל כחלק מתרגיל גדול יותר== | ==מקרה חמישי - כלל לופיטל כחלק מתרגיל גדול יותר== | ||
שורה 147: | שורה 119: | ||
===דוגמא 9=== | ===דוגמא 9=== | ||
− | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\ | + | חשבו את הגבול <math>\lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin^3(x)\ln(x+1)\cos(x)}{x^2\arctan^2(x)}</math> . |
נפריד אותו לחלקים באופן הבא: | נפריד אותו לחלקים באופן הבא: | ||
− | + | :<math>\lim\limits_{x\to0}\dfrac{\sin^3(x)\ln(x+1)\cos(x)}{x^2\arctan^2(x)}=\lim\limits_{x\to0}\left(\dfrac{\sin(x)}{x}\right)^3\cdot\lim\limits_{x\to0}\dfrac{\ln(x+1)}{x}\cdot\lim\limits_{x\to0}\left(\dfrac{x}{\arctan(x)}\right)^2\cdot\lim\limits_{x\to0}\cos(x)</math> | |
− | :<math>\lim\limits_{x\ | + | |
במקרה זה, קל לראות שכל אחד מהגבולות הפנימיים שווה אחד (אם נפעיל את כלל לופיטל, כמובן), ולכן הגבול כולו שווה 1. | במקרה זה, קל לראות שכל אחד מהגבולות הפנימיים שווה אחד (אם נפעיל את כלל לופיטל, כמובן), ולכן הגבול כולו שווה 1. | ||
שורה 157: | שורה 128: | ||
שימו לב שהפרדנו לפונקציות שונות, חלקנו וכפלנו באותו הביטוי, והוצאנו חזקות החוצה. | שימו לב שהפרדנו לפונקציות שונות, חלקנו וכפלנו באותו הביטוי, והוצאנו חזקות החוצה. | ||
− | ===דוגמא 10 === | + | ===דוגמא 10=== |
− | תרגיל: יהא <math>n>1</math>. נניח <math>f(x)</math> גזירה <math>n+1</math> פעמים ומקיימת <math>f(0)=f'(0)=\cdots=f^{(n-1)}(0)=0,f^{(n)}(0)=5</math> | + | תרגיל: יהא <math>n>1</math> . נניח <math>f(x)</math> גזירה <math>n+1</math> פעמים ומקיימת <math>f(0)=f'(0)=\cdots=f^{(n-1)}(0)=0,f^{(n)}(0)=5</math> |
− | חשב את הגבול <math>\lim\limits_{x\ | + | חשב את הגבול <math>\lim\limits_{x\to0}\dfrac{f(x)}{\sin^n(2x)}</math> |
− | פתרון: נגדיר <math>g(x)</math> ואז <math>g(x)=\ | + | פתרון: נגדיר <math>g(x)</math> ואז <math>g(x)=\dfrac{f(x)}{x^n}</math> רציפה וב-0 נגדיר להיות |
− | <math>g(0):=\lim\limits_{x\ | + | <math>g(0):=\lim\limits_{x\to0}\dfrac{f(x)}{x^n}=\lim\limits_{x\to0}\dfrac{f'(x)}{nx^{n-1}}=\lim\limits_{x\to0}\dfrac{f^{(2)}(x)}{n(n-1)x^{n-2}}=\cdots=\lim\limits_{x\to0}\dfrac{f^{(n)}(x)}{n!}=\frac{5}{n!}</math> |
− | כעת <math>\lim\limits_{x\ | + | כעת <math>\lim\limits_{x\to0}\dfrac{f(x)}{\sin^n(2x)}=\lim\limits_{x\to0}\dfrac{g(x)x^n}{\sin^n(2x)}=\lim\limits_{x\to 0}g(x)\Big(\dfrac12\cdot\dfrac{2x}{\sin(2x)}\Big)^n=\dfrac{g(0)}{2^n}</math> |
=משפט לופיטל והוכחתו= | =משפט לופיטל והוכחתו= | ||
שורה 173: | שורה 144: | ||
==הוכחה== | ==הוכחה== | ||
נוכל לבנות <math>\tilde{f},\tilde{g}</math> רציפות שמקיימות | נוכל לבנות <math>\tilde{f},\tilde{g}</math> רציפות שמקיימות | ||
− | <math>\tilde{f}=\begin{cases}f(x) & x\ne a\\0 & x=a\end{cases} \quad \tilde{g}=\begin{cases}g(x) & x\ne a\\0 & x=a\end{cases | + | <math>\tilde{f}=\begin{cases}f(x)&:x\ne a\\0&:x=a\end{cases}\quad\tilde{g}=\begin{cases}g(x)&:x\ne a\\0&:x=a\end{cases}</math> |
− | + | ||
− | + | ||
− | ולכן נקבל <math>\lim\limits_{x\to a^+}\ | + | הגבול של מנתם ב-<math>a</math> יהיה זהה לגבול המקורי כי הוא נבדל ממנו רק בנקודה 1, לשם נוחות נמשיך לקרוא להם <math>f,g</math> . על-פי משפט ערך הבינים של קושי עבור כל <math>x</math> בסביבה הימנית של <math>a</math> שבה <math>f,g</math> מוגדרות נוכל לבחור <math>a<c(x)<x</math> עבורה |
+ | :<math>\dfrac{f(x)}{g(x)}=\dfrac{f(x)-f(a)}{g(x)-g(a)}=\dfrac{f'\big(c(x)\big)}{g'\big(c(x)\big)}</math> | ||
+ | ולכן נקבל <math>\lim\limits_{x\to a^+}\dfrac{f(x)}{g(x)}=\lim\limits_{x\to a^+}\dfrac{f'\big(c(x)\big)}{g'\big(c(x)\big)}=\lim\limits_{c\to a^+}\dfrac{f'(c)}{g'(c)}</math> . | ||
− | כרצוי השוויון האחרון נובע מכך ש- <math>a<c(x)<x</math> וממשפט הסנדוויץ'. | + | כרצוי השוויון האחרון נובע מכך ש-<math>a<c(x)<x</math> וממשפט הסנדוויץ'. |
− | הערה: המשפט נכון גם עבור | + | הערה: המשפט נכון גם עבור המקרים: השאיפה היא באינסוף (<math>a=\infty</math>) או שהפונקציות שואפות לאינסוף לא בהכרח לאפס (<math>\lim\limits_{x\to a^+}f(x)=\lim\limits_{x\to a^+}g(x)=\infty</math>) |
או שהגבול של הנגזרות קיים במובן הרחב (<math>L=\infty</math>) | או שהגבול של הנגזרות קיים במובן הרחב (<math>L=\infty</math>) | ||
[[קטגוריה:אינפי]] | [[קטגוריה:אינפי]] |
גרסה אחרונה מ־15:20, 30 בדצמבר 2020
סרטונים מצולמים בנושא
כלל לופיטל
תהיינה שתי פונקציות . ותהי נקודה
או
כך ש-
נראה כיצד ניתן להעזר בכלל לופיטל על מנת לחשב גבולות במקרים בהם משפטי האריתמטיקה הרגילים נכשלים.
מקרה ראשון
או ![\frac{\infty}{\infty}](/images/math/2/6/e/26ea0473a6b118c9e3bad5b0337f78e2.png)
נניח או
אזי אם הגבול קיים, הוא שווה לגבול
דוגמא 1
חשבו את הגבול .
זהו מקרה של . נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל
דוגמא 2
חשבו את הגבול .
זהו מקרה של . נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל
דוגמא 3
חשבו את הגבול .
זהו מקרה של . נגזור את המונה והמכנה בנפרד ונקבל
מקרה שני ![0\cdot\infty](/images/math/f/d/c/fdcd6954d6263fa2f89e6c9ff214160f.png)
נניח ועלינו לחשב את הגבול
.
במקרה זה, אנו מעבירים את הביטוי לצורה של שבר מהמקרה הראשון.
דוגמא 4
חשבו את הגבול .
זהו מקרה של . נעביר את הביטוי לצורה של שבר (באמצעות כלל האוזן), ונפעיל את כלל לופיטל:
נגזור מונה ומכנה ונקבל
שימו לב: כלל לופיטל לא מוכרח להצליח. למשל במקרה זה, אם היינו מעבירים את הלוגריתם למכנה בתרגיל זה ומפעילים כלל לופיטל, לא היינו מתקדמים. נסו ותהנו.
דוגמא 5
חשבו את הגבול .
זהו מקרה של . נעביר את הביטוי לצורה של שבר, ונפעיל את כלל לופיטל:
נגזור מונה ומכנה ונקבל
כעת, אין אנו רוצים לגזור ביטויים מסובכים. אנו יודעים כי , לכן נותר רק לחשב את הגבול
זהו מקרה של , לכן נפעיל כלל לופיטל (פעמיים):
אם נחבר את כל התוצאות יחדיו, נקבל כי
מקרה שלישי
או
או ![\infty^0](/images/math/b/a/6/ba6c6c6c412ea1d062f4467356cc4013.png)
במקרה זה עלינו לחשב את הגבול .
כאשר או
או
.
בכל אחד מהמקרים נשתמש בדרך הבאה-
ראשית נבחין כי ,
שנית, נחשב את הגבול .
לבסוף, קיבלנו כי מתקיים
דוגמא 6
חשבו את הגבול .
ראשית, נשים לב כי בעצם מדובר בגבול
זהו המקרה של .
כעת,
(הרי חישבו כבר בדוגמא 1 כי ).
מקרה רביעי ![\infty-\infty](/images/math/1/2/6/126333137d5dc12d573e9963f64be160.png)
במקרה זה עלינו לחשב את הגבול כאשר
.
במקרה זה נבצע מכנה משותף או שנוציא גורם משותף בהתאם לתרגיל, על-מנת לעבור למקרה הראשון או השני של כלל לופיטל.
דוגמא 7
חשבו את הגבול .
זהו המקרה של נבצע מכנה משותף ונקבל
זהו המקרה של , נגזור מונה ומכנה ונקבל:
שוב נגזור מונה ומכנה ונקבל
דוגמא 8
חשבו את הגבול .
זהו המקרה של נוציא גורם משותף ונקבל
(שוב השתמשנו בדוגמא 1).
מקרה חמישי - כלל לופיטל כחלק מתרגיל גדול יותר
בסעיף זה אנו מעוניינים להדגיש כי יש להשתמש בכלל לופיטל בתבונה, אחרת נתקל בנגזרות מסובכות למדי. או במילים פשוטות - לא לגזור כמו חמור!
מספר עקרונות שמוטב לזכור:
- לעתים כללי אריתמטיקה פשוטים יעזרו לנו לחשב את הגבול ללא גזירה כמו כפל בצמוד או הוצאת חזקה משמעותית.
- כל ביטוי שאנו יודעים את גבול (אפילו אם הגבול אינו קיים) אינו צריך להשתתף בגזירה.
- מוטב להפריד את הפונקציה למספר ביטויים ולחשב לכל אחד מהם גבול בנפרד. בדוגמא נראה שבחירה חכמה תהפוך תרגיל בלתי-אפשרי עם לופיטל, לפתיר בקלות.
ראו עקרון זה בדוגמא הבאה:
דוגמא 9
חשבו את הגבול .
נפריד אותו לחלקים באופן הבא:
במקרה זה, קל לראות שכל אחד מהגבולות הפנימיים שווה אחד (אם נפעיל את כלל לופיטל, כמובן), ולכן הגבול כולו שווה 1.
שימו לב שהפרדנו לפונקציות שונות, חלקנו וכפלנו באותו הביטוי, והוצאנו חזקות החוצה.
דוגמא 10
תרגיל: יהא . נניח
גזירה
פעמים ומקיימת
חשב את הגבול
פתרון: נגדיר ואז
רציפה וב-0 נגדיר להיות
כעת
משפט לופיטל והוכחתו
נניח כי ונניח עוד כי
גזירות בסביבה ימנית של a ומתקיים
אז מתקיים
הוכחה
נוכל לבנות רציפות שמקיימות
הגבול של מנתם ב- יהיה זהה לגבול המקורי כי הוא נבדל ממנו רק בנקודה 1, לשם נוחות נמשיך לקרוא להם
. על-פי משפט ערך הבינים של קושי עבור כל
בסביבה הימנית של
שבה
מוגדרות נוכל לבחור
עבורה
ולכן נקבל .
כרצוי השוויון האחרון נובע מכך ש- וממשפט הסנדוויץ'.
הערה: המשפט נכון גם עבור המקרים: השאיפה היא באינסוף () או שהפונקציות שואפות לאינסוף לא בהכרח לאפס (
)
או שהגבול של הנגזרות קיים במובן הרחב (
)