AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1172

Условие

Найти предел \(\displaystyle{\lim_{x\to\infty}\frac{(ax+1)^n}{x^n+A}}\). Отдельно рассмотреть случаи, когда \(\displaystyle{n}\) есть:

  1. целое положительное число;
  2. целое отрицательное число;
  3. нуль

Решение

Пункт №1

Если \(\displaystyle{n\in{N}}\), то получим:

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{(ax+1)^n}{x^n+A} =\lim_{x\to\infty}\frac{\left(a+\frac{1}{x^n}\right)^n}{1+\frac{A}{x^n}} =a^n. \]

Пункт №2

Обозначим \(\displaystyle{k=|n|}\), тогда \(\displaystyle{n=-k}\), \(\displaystyle{k\in{N}}\).

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{(ax+1)^n}{x^n+A} =\lim_{x\to\infty}\frac{(ax+1)^{-k}}{x^{-k}+A} =\lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{(ax+1)^k\cdot\left(1+Ax^k\right)} \]

Рассмотрим 4 случая различных комбинаций значений параметров \(\displaystyle{a}\) и \(\displaystyle{A}\).

Если \(\displaystyle{a=0}\), \(\displaystyle{A=0}\), то получим:

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{(ax+1)^k\cdot\left(1+Ax^k\right)} =\lim_{x\to\infty}x^k =\infty. \]

Если \(\displaystyle{a=0}\), \(\displaystyle{A\neq{0}}\), то получим:

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{(ax+1)^k\cdot\left(1+Ax^k\right)} =\lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{1+Ax^k} =\lim_{x\to\infty}\frac{1}{\frac{1}{x^k}+A} =\frac{1}{A}. \]

Если \(\displaystyle{a\neq{0}}\), \(\displaystyle{A=0}\), то получим:

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{(ax+1)^k\cdot\left(1+Ax^k\right)} =\lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{(ax+1)^k} =\lim_{x\to\infty}\frac{1}{\left(a+\frac{1}{x}\right)^k} =\frac{1}{a^k} =a^n. \]

Если \(\displaystyle{a\neq{0}}\), \(\displaystyle{A\neq{0}}\), то получим:

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{x^k}{(ax+1)^k\cdot\left(1+Ax^k\right)} =\lim_{x\to\infty}\frac{1}{(ax+1)^k\cdot\left(\frac{1}{x^k}+A\right)} =0. \]

Пункт №3

Если \(\displaystyle{n=0}\), то получим:

\[ \lim_{x\to\infty}\frac{(ax+1)^n}{x^n+A} =\frac{1}{1+A}. \]

Ответ:

Задача решена.

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №2Предел. Непрерывность
Параграф №4Нахождение пределов. Сравнение бесконечно малых
Задача №379