Кейс на исправление вычисления предела: в вычислении lim_{x->0} (sin x)/x заменили sin x на x - x^3/6 и отбросили высшие члены без оценки погрешности — проанализируйте, когда такое сокращение корректно и как оценить ошибку

17 Ноя в 09:52
3 +3
0
Ответы
1
Кратко: такое сокращение корректно, когда отброшенный остаток сравнительно мал по отношению к тому, с чем вы сравниваете выражение (здесь — по отношению к xxx). Надёжно оценить погрешность можно через остаток ряда Тейлора (форма Лагранжа) или неравенство для чередующегося ряда.
Детали и оценки.
1) Запись с остатком:
sin⁡x=x−x36+R(x). \sin x = x - \frac{x^3}{6} + R(x).
sinx=x6x3 +R(x).

2) Оценка остатка (форма Лагранжа) — существует ξ\xiξ между 000 и xxx такая, что
R(x)=sin⁡(ξ)24 x4. R(x)=\frac{\sin(\xi)}{24}\,x^4.
R(x)=24sin(ξ) x4.
Отсюда, поскольку ∣sin⁡(ξ)∣≤∣ξ∣≤∣x∣|\sin(\xi)|\le|\xi|\le|x|sin(ξ)ξx,
∣R(x)∣≤∣x∣524, |R(x)|\le\frac{|x|^5}{24},
R(x)24x5 ,
то есть R(x)=O(x5)R(x)=O(x^5)R(x)=O(x5) при x→0x\to0x0.
(Альтернативно, для ∣x∣≤1|x|\le1x1 можно воспользоваться чередующимся рядом и получить более точную оценку
∣R(x)∣≤∣x∣55!=∣x∣5120. |R(x)|\le\frac{|x|^5}{5!}=\frac{|x|^5}{120}.
R(x)5!x5 =120x5 .
)
3) Применение к пределу:
sin⁡xx=1−x26+R(x)x. \frac{\sin x}{x}=1-\frac{x^2}{6}+\frac{R(x)}{x}.
xsinx =16x2 +xR(x) .
По оценке ∣R(x)∣≤C∣x∣5|R(x)|\le C|x|^5R(x)Cx5 имеем R(x)x=O(x4)→0\frac{R(x)}{x}=O(x^4)\to0xR(x) =O(x4)0 при x→0x\to0x0. Поэтому
lim⁡x→0sin⁡xx=1. \lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}=1.
x0lim xsinx =1.

Вывод: отбросить старшие члены можно, если вы показываете, что остаток при делении на нужную степень xxx стремится к нулю (т.е. остаток — o(x)o(x)o(x), o(x2)o(x^2)o(x2) и т.д., в зависимости от задачи). Для синуса после терма −x3/6-x^3/6x3/6 остаток равен O(x5)O(x^5)O(x5), так что в вычислении lim⁡x→0sin⁡xx\lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}limx0 xsinx такое сокращение полностью оправдано.
17 Ноя в 10:04
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир