Исследуйте предел lim x->0 (sin x - x + x^3/6)/x^5, предложите подходы (ряд Тейлора, правило Лопиталя) и объясните, почему один из них предпочтительнее
Кратко: 1) Ряд Тейлора (предпочтительный способ). Для малых xxxsinx=x−x36+x5120+o(x5)\sin x = x - \dfrac{x^3}{6} + \dfrac{x^5}{120} + o(x^5)sinx=x−6x3+120x5+o(x5). Тогда числитель sinx−x+x36=x5120+o(x5)\sin x - x + \dfrac{x^3}{6} = \dfrac{x^5}{120} + o(x^5)sinx−x+6x3=120x5+o(x5), и limx→0sinx−x+x3/6x5=1120.\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin x - x + x^3/6}{x^5} = \frac{1}{120}.x→0limx5sinx−x+x3/6=1201. 2) Правило Лопиталя. Можно применять 5 раз или воспользоваться тем, что для гладкой функции ffflimx→0f(x)x5=f(5)(0)5!\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{f(x)}{x^5}=\frac{f^{(5)}(0)}{5!}x→0limx5f(x)=5!f(5)(0), если первые четыре производные в нуле равны нулю. Для f(x)=sinx−x+x3/6f(x)=\sin x - x + x^3/6f(x)=sinx−x+x3/6 имеем f(5)(x)=cosxf^{(5)}(x)=\cos xf(5)(x)=cosx, поэтому f(5)(0)=1f^{(5)}(0)=1f(5)(0)=1 и предел равен 15!=1120\dfrac{1}{5!}=\dfrac{1}{120}5!1=1201. Почему ряд Тейлора предпочтительнее: он короче, явно показывает порядок малости и даёт предел сразу; многократное применение Лопиталя громоздко и требует проверки формы 0/00/00/0 на каждом шаге.
1) Ряд Тейлора (предпочтительный способ). Для малых xxx sinx=x−x36+x5120+o(x5)\sin x = x - \dfrac{x^3}{6} + \dfrac{x^5}{120} + o(x^5)sinx=x−6x3 +120x5 +o(x5).
Тогда числитель
sinx−x+x36=x5120+o(x5)\sin x - x + \dfrac{x^3}{6} = \dfrac{x^5}{120} + o(x^5)sinx−x+6x3 =120x5 +o(x5),
и
limx→0sinx−x+x3/6x5=1120.\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{\sin x - x + x^3/6}{x^5} = \frac{1}{120}.x→0lim x5sinx−x+x3/6 =1201 .
2) Правило Лопиталя. Можно применять 5 раз или воспользоваться тем, что для гладкой функции fff limx→0f(x)x5=f(5)(0)5!\displaystyle\lim_{x\to0}\frac{f(x)}{x^5}=\frac{f^{(5)}(0)}{5!}x→0lim x5f(x) =5!f(5)(0) , если первые четыре производные в нуле равны нулю. Для f(x)=sinx−x+x3/6f(x)=\sin x - x + x^3/6f(x)=sinx−x+x3/6 имеем
f(5)(x)=cosxf^{(5)}(x)=\cos xf(5)(x)=cosx, поэтому f(5)(0)=1f^{(5)}(0)=1f(5)(0)=1 и предел равен 15!=1120\dfrac{1}{5!}=\dfrac{1}{120}5!1 =1201 .
Почему ряд Тейлора предпочтительнее: он короче, явно показывает порядок малости и даёт предел сразу; многократное применение Лопиталя громоздко и требует проверки формы 0/00/00/0 на каждом шаге.