Analysis Beispiele

$lim_{x \to \infty} x \tan (\frac{1}{x})$

Schritt 1

Schreibe $x \tan (\frac{1}{x})$ als $\frac{\tan (\frac{1}{x})}{\frac{1}{x}}$ um.

$lim_{x \to \infty} \frac{\tan (\frac{1}{x})}{\frac{1}{x}}$

Schritt 2

Wende die Regel von de L’Hospital an.

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Schritt 2.1

Berechne den Grenzwert des Zählers und den Grenzwert des Nenners.

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Schritt 2.1.1

Bilde den Grenzwert für den Zähler und den Grenzwert für den Nenner.

$\frac{lim_{x \to \infty} \tan (\frac{1}{x})}{lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}}$

Schritt 2.1.2

Berechne den Grenzwert des Zählers.

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Schritt 2.1.2.1

Bringe den Grenzwert in die trigonometrische Funktion, da der Tangens stetig ist.

$\frac{\tan (lim_{x \to \infty} \frac{1}{x})}{lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}}$

Schritt 2.1.2.2

Da sein Zähler sich einer reellen Zahl nähert, während sein Nenner unbegrenzt ist, nähert sich der Bruch $\frac{1}{x}$ $0$ .

$\frac{\tan (0)}{lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}}$

Schritt 2.1.2.3

Der genau Wert von $\tan (0)$ ist $0$ .

$\frac{0}{lim_{x \to \infty} \frac{1}{x}}$

Schritt 2.1.3

Da sein Zähler sich einer reellen Zahl nähert, während sein Nenner unbegrenzt ist, nähert sich der Bruch $\frac{1}{x}$ $0$ .

$\frac{0}{0}$

Schritt 2.1.4

Der Ausdruck enthält eine Division durch $0$ . Der Ausdruck ist nicht definiert.

Undefiniert

$\frac{0}{0}$

Schritt 2.2

Da $\frac{0}{0}$ unbestimmt ist, wende die Regel von L'Hospital an. Die Regel von L'Hospital besagt, dass der Grenzwert eines Quotienten von Funktionen gleich dem Grenzwert des Quotienten ihrer Ableitungen ist.

$lim_{x \to \infty} \frac{\tan (\frac{1}{x})}{\frac{1}{x}} = lim_{x \to \infty} \frac{\frac{d}{d x} [\tan (\frac{1}{x})]}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3

Bestimme die Ableitung des Zählers und des Nenners.

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Schritt 2.3.1

Differenziere den Zähler und Nenner.

$lim_{x \to \infty} \frac{\frac{d}{d x} [\tan (\frac{1}{x})]}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.2

Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ ist $f' (g (x)) g' (x)$ , mit $f (x) = \tan (x)$ und $g (x) = \frac{1}{x}$ .

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Schritt 2.3.2.1

Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze $u$ durch $\frac{1}{x}$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{\frac{d}{d u} [\tan (u)] \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.2.2

Die Ableitung von $\tan (u)$ nach $u$ ist $\sec^{2} (u)$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{\sec^{2} (u) \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.2.3

Ersetze alle $u$ durch $\frac{1}{x}$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{\sec^{2} (\frac{1}{x}) \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.3

Schreibe $\frac{1}{x}$ als $x^{- 1}$ um.

$lim_{x \to \infty} \frac{\sec^{2} (\frac{1}{x}) \frac{d}{d x} [x^{- 1}]}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.4

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = - 1$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{\sec^{2} (\frac{1}{x}) (- x^{- 2})}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5

Vereinfache.

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Schritt 2.3.5.1

Schreibe den Ausdruck um mithilfe der Regel des negativen Exponenten $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{\sec^{2} (\frac{1}{x}) (- \frac{1}{x^{2}})}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.2

Kombiniere $\sec^{2} (\frac{1}{x})$ und $\frac{1}{x^{2}}$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{\sec^{2} (\frac{1}{x})}{x^{2}}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.3

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 2.3.5.3.1

Schreibe $\sec (\frac{1}{x})$ mithilfe von Sinus und Kosinus um.

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{{(\frac{1}{\cos (\frac{1}{x})})}^{2}}{x^{2}}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.3.2

Wende die Produktregel auf $\frac{1}{\cos (\frac{1}{x})}$ an.

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{\frac{1^{2}}{\cos^{2} (\frac{1}{x})}}{x^{2}}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.3.3

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{\frac{1}{\cos^{2} (\frac{1}{x})}}{x^{2}}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.4

Multipliziere den Zähler mit dem Kehrwert des Nenners.

$lim_{x \to \infty} \frac{- (\frac{1}{\cos^{2} (\frac{1}{x})} \cdot \frac{1}{x^{2}})}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.5

Kombinieren.

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{1 \cdot 1}{\cos^{2} (\frac{1}{x}) x^{2}}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.6

Mutltipliziere $1$ mit $1$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{1}{\cos^{2} (\frac{1}{x}) x^{2}}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.5.7

Stelle die Faktoren in $- \frac{1}{\cos^{2} (\frac{1}{x}) x^{2}}$ um.

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}}{\frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]}$

Schritt 2.3.6

Schreibe $\frac{1}{x}$ als $x^{- 1}$ um.

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}}{\frac{d}{d x} [x^{- 1}]}$

Schritt 2.3.7

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = - 1$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}}{- x^{- 2}}$

Schritt 2.3.8

Schreibe den Ausdruck um mithilfe der Regel des negativen Exponenten $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{- \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}}{- \frac{1}{x^{2}}}$

Schritt 2.4

Multipliziere den Zähler mit dem Kehrwert des Nenners.

$lim_{x \to \infty} - \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})} (- x^{2})$

Schritt 2.5

Vereinige Faktoren.

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Schritt 2.5.1

Mutltipliziere $- 1$ mit $- 1$ .

$lim_{x \to \infty} 1 \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})} x^{2}$

Schritt 2.5.2

Mutltipliziere $\frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}$ mit $1$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})} x^{2}$

Schritt 2.5.3

Kombiniere $\frac{1}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}$ und $x^{2}$ .

$lim_{x \to \infty} \frac{x^{2}}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}$

Schritt 2.6

Kürze den gemeinsamen Faktor von $x^{2}$ .

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Schritt 2.6.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$lim_{x \to \infty} \frac{x^{2}}{x^{2} \cos^{2} (\frac{1}{x})}$

Schritt 2.6.2

Forme den Ausdruck um.

$lim_{x \to \infty} \frac{1}{\cos^{2} (\frac{1}{x})}$

Schritt 2.7

Schreibe $1$ als $1^{2}$ um.

$lim_{x \to \infty} \frac{1^{2}}{\cos^{2} (\frac{1}{x})}$

Schritt 2.8

Schreibe $\frac{1^{2}}{\cos^{2} (\frac{1}{x})}$ als ${(\frac{1}{\cos (\frac{1}{x})})}^{2}$ um.

$lim_{x \to \infty} {(\frac{1}{\cos (\frac{1}{x})})}^{2}$

Schritt 2.9

Wandle von $\frac{1}{\cos (\frac{1}{x})}$ nach $\sec (\frac{1}{x})$ um.

$lim_{x \to \infty} \sec^{2} (\frac{1}{x})$

Schritt 3

Berechne den Grenzwert.

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Schritt 3.1

Ziehe den Exponenten $2$ von $\sec^{2} (\frac{1}{x})$ aus dem Grenzwert durch Anwendung der Potenzregel für Grenzwerte.

${(lim_{x \to \infty} \sec (\frac{1}{x}))}^{2}$

Schritt 3.2

Bringe den Grenzwert in die trigonometrische Funktion, da der Sekans ist stetig.

$\sec^{2} (lim_{x \to \infty} \frac{1}{x})$

Schritt 4

Da sein Zähler sich einer reellen Zahl nähert, während sein Nenner unbegrenzt ist, nähert sich der Bruch $\frac{1}{x}$ $0$ .

$\sec^{2} (0)$

Schritt 5

Vereinfache die Lösung.

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Schritt 5.1

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$1^{2}$

Schritt 5.2

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$1$