Δίνεται η συνάρτηση:
=\sqrt{x^2+2x+3}+\sqrt{x^2-2x+4}+4x\sigma \upsilon \nu \theta +1)
Να βρείτε τις τιμές του
)
, ώστε το
)
να είναι πεπερασμένο.
Επειδή 0<θ<π/2 τότε 0<συνθ<1.
Θεωρούμε τα πολυώνυμα P(x)=(x^2)+2x+3 και Q(x)=(x^2)-2x+4, x ανήκει R. Έχουμε
P(x)=(x^2)+2x+3=[(x^2)+2x+1]+2=((x+1)^2)+2>=2>0 για κάθε x ανήκει R
Q(x)=(x^2)-2x+4=[(x^2)-2x+1]+3=((x-1)^2)+3>=3>0 για κάθε x ανήκει R
Επομένως η f έχει πεδίο ορισμού το A=R
Θεωρούμε την συνάρτηση g(x)=2-SQRT(3(x^2)+2x+1)-SQRT(4(x^2)-2x+1)
Θεωρούμε τα πολυώνυμα p(x)=3(x^2)+2x+1, q(x)=4(x^2)-2x+1, x ανήκει R. Έχουμε
p(x)=3(x^2)+2x+1=2(x^2)+[(x^2)+2x+1]=2(x^2)+((x+1)^2)>0 για κάθε x ανήκει R
q(x)=4(x^2)-2x+1=3(x^2)+[(x^2)-2x+1]=3(x^2)+((x-1)^2)>0 για κάθε x ανήκει R
Επομένως η g έχει πεδίο ορισμού το Β=R. Η g είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο R με πρώτη παράγωγο:
g΄(x)=-[(3x+1)/SQRT(3(x^2)+2x+1)]-[(4x-1)/SQRT(4(x^2)-2x+1)], x ανήκει R
Έχουμε για x=0, g(0)=g΄(0)=0. Από τον ορισμό της παραγώγου συνάρτησης σε σημείο προκύπτει:
lim(x->0)(g(x)-g(0))/(x-0)=g΄(0) <=> lim(x->0)[(2-SQRT(3(x^2)+2x+1)-SQRT(4(x^2)-2x+1))/x]=0 <=>
<=> lim(x->0-)[(2-SQRT(3(x^2)+2x+1)-SQRT(4(x^2)-2x+1))/x]= lim(x->0+)[(2-SQRT(3(x^2)+2x+1)-SQRT(4(x^2)-2x+1))/x]=0
Για x<0 είναι |x|=-x και η f γράφεται ισοδύναμα
f(x)=SQRT((x^2)(1+(2/x)+(3/(x^2)))+SQRT((x^2)(1-(2/x)+(4/(x^2)))+(4συνθ)x+1
f(x)=|x|SQRT(1+(2/x)+(3/(x^2)))+|x|SQRT(1-(2/x)+(4/(x^2)))+(4συνθ)x+1
f(x)=(-x)SQRT(1+(2/x)+(3/(x^2)))+(-x)SQRT(1-(2/x)+(4/(x^2)))+(4συνθ)x+1
f(x)=x[-SQRT(1+(2/x)+(3/(x^2)))-SQRT(1-(2/x)+(4/(x^2)))+4συνθ+(1/x)]
Επειδή lim(x->-oo)(1/x)=lim(x->-oo)(1/(x^2))=0 τότε
L=lim(x->-oo)[-SQRT(1+(2/x)+(3/(x^2)))-SQRT(1-(2/x)+(4/(x^2)))+4συνθ+(1/x)]=[-SQRT(1+2*0+3*0)-SQRT(1-2*0+4*0)+4συνθ+0]=-1-1+4συνθ=4συνθ-2=2(2συνθ-1)
Είναι lim(x->-oo)x=-oo
Αν 0<θ<π/3 τότε 1/2<συνθ<1 => 2συνθ-1>0 => L>0
Σε αυτήν την περίπτωση είναι lim(x->-oo)f(x)=-oo
Αν π/3<θ<π/2 τότε 0<συνθ<1/2 => 2συνθ-1<0 => L<0
Σε αυτήν την περίπτωση είναι lim(x->-oo)f(x)=+oo
Αν θ=π/3 τότε συνθ=1/2 και προκύπτει L=0.
Σε αυτήν την περίπτωση το όριο lim(x->-oo)f(x) οδηγεί σε απροσδιόριστη μορφή 0*(-οο) και είναι η μόνη περίπτωση το όριο αυτό να ισούται με πραγματικό αριθμό. Στη συνέχεια θα προσδιοριστεί το lim(x->-oo)f(x) για θ=π/3 εφόσον υπάρχει. Για συνθ=1/2 η f αποκτά τη μορφή:
f(x)=SQRT((x^2)+2x+3)+SQRT((x^2)-2x+4)+2x+1, x ανήκει R
Θεωρούμε τον μετασχηματισμό u=1/x, x ανήκει R* <=> x=1/u
lim(x->-oo)(1/x)=0 οπότε όταν x->-oo τότε u->0- (Επειδή x<0 τότε u<0)
Για u<0 έχουμε:
f(1/u)=SQRT[(1/(u^2))+(2/u)+3]+SQRT([1/(u^2))-(2/u)+4]+(2/u)+1
f(1/u)=SQRT[(1+2u+3(u^2))/(u^2)]+SQRT[(1-2u+4(u^2))/(u^2)]+(2/u)+1
f(1/u)=-(1/u)SQRT[(3(u^2)+2u+1)]-(1/u)SQRT[(4(u^2)-2u+1)]+(2/u)+1
f(1/u)=[(2-SQRT(3(u^2)+2u+1)-SQRT(4(u^2)-2u+1))/u]+1
f(1/u)=(g(u)/u)+1
Έχει βρεθεί παραπάνω ότι lim(u->0-)(g(u)/u)=0
Επομένως έχουμε
lim(x->-oo)f(x)=lim(u->0-)f(1/u)=lim(u->0-)[(g(u)/u)+1]=0+1=1
Επομένως για θ=π/3 τότε lim(x->-oo)f(x)=1 και είναι η μοναδική τιμή της θ στο διάστημα (0,π/2) για την οποία υπάρχει το όριο lim(x->-oo)f(x) και είναι πραγματικός αριθμός.