Математический анализ Примеры

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} - 1}{\sin (π x)}$

Этап 1

Найдем предел числителя и предел знаменателя.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Возьмем предел числителя и предел знаменателя.

$\frac{lim_{x \to - 1} 2^{x + 1} - 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2

Найдем предел числителя.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

Вычислим предел.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1.1

Разобьем предел с помощью правила суммы пределов при стремлении $x$ к $- 1$ .

$\frac{lim_{x \to - 1} 2^{x + 1} - lim_{x \to - 1} 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.1.2

Внесем предел под знак экспоненты.

$\frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1} - lim_{x \to - 1} 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.1.3

Разобьем предел с помощью правила суммы пределов при стремлении $x$ к $- 1$ .

$\frac{2^{lim_{x \to - 1} x + lim_{x \to - 1} 1} - lim_{x \to - 1} 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.1.4

Найдем предел $1$ , который является константой по мере приближения $x$ к $- 1$ .

$\frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1} - lim_{x \to - 1} 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.1.5

Найдем предел $1$ , который является константой по мере приближения $x$ к $- 1$ .

$\frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1} - 1 \cdot 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.2

Найдем предел $x$ , подставив значение $- 1$ для $x$ .

$\frac{2^{- 1 + 1} - 1 \cdot 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.3

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.1.1

Добавим $- 1$ и $1$ .

$\frac{2^{0} - 1 \cdot 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.3.1.2

Любое число в степени $0$ равно $1$ .

$\frac{1 - 1 \cdot 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.3.1.3

Умножим $- 1$ на $1$ .

$\frac{1 - 1}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.2.3.2

Вычтем $1$ из $1$ .

$\frac{0}{lim_{x \to - 1} \sin (π x)}$

Этап 1.3

Найдем предел знаменателя.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1

Вычислим предел.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1.1

Перенесем предел внутрь тригонометрической функции, поскольку синус является непрерывной функцией.

$\frac{0}{\sin (lim_{x \to - 1} π x)}$

Этап 1.3.1.2

Вынесем член $π$ из-под знака предела, так как он не зависит от $x$ .

$\frac{0}{\sin (π lim_{x \to - 1} x)}$

Этап 1.3.2

Найдем предел $x$ , подставив значение $- 1$ для $x$ .

$\frac{0}{\sin (π \cdot - 1)}$

Этап 1.3.3

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.3.1

Перенесем $- 1$ влево от $π$ .

$\frac{0}{\sin (- 1 \cdot π)}$

Этап 1.3.3.2

Перепишем $- 1 π$ в виде $- π$ .

$\frac{0}{\sin (- π)}$

Этап 1.3.3.3

Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте.

$\frac{0}{\sin (0)}$

Этап 1.3.3.4

Точное значение $\sin (0)$ : $0$ .

$\frac{0}{0}$

Этап 1.3.3.5

Выражение содержит деление на $0$ . Выражение не определено.

Неопределенные

$\frac{0}{0}$

Этап 1.3.4

Выражение содержит деление на $0$ . Выражение не определено.

Неопределенные

$\frac{0}{0}$

Этап 1.4

Выражение содержит деление на $0$ . Выражение не определено.

Неопределенные

$\frac{0}{0}$

Этап 2

Поскольку $\frac{0}{0}$ является неопределенной формой, применяется правило Лопиталя. Правило Лопиталя гласит, что предел отношения функций равен пределу отношения их производных.

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} - 1}{\sin (π x)} = lim_{x \to - 1} \frac{\frac{d}{d x} [2^{x + 1} - 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3

Найдем производную числителя и знаменателя.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Продифференцируем числитель и знаменатель.

$lim_{x \to - 1} \frac{\frac{d}{d x} [2^{x + 1} - 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.2

По правилу суммы производная $2^{x + 1} - 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [2^{x + 1}] + \frac{d}{d x} [- 1]$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{\frac{d}{d x} [2^{x + 1}] + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [2^{x + 1}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.1

Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ имеет вид $f' (g (x)) g' (x)$ , где $f (x) = 2^{x}$ и $g (x) = x + 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.1.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $x + 1$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{\frac{d}{d u} [2^{u}] \frac{d}{d x} [x + 1] + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.1.2

Продифференцируем, используя правило экспоненты, которое гласит, что $\frac{d}{d u} [a^{u}]$ имеет вид $a^{u} \ln (a)$ , где $a$ = $2$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{u} \ln (2) \frac{d}{d x} [x + 1] + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.1.3

Заменим все вхождения $u$ на $x + 1$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) \frac{d}{d x} [x + 1] + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.2

По правилу суммы производная $x + 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) (\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]) + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) (1 + \frac{d}{d x} [1]) + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.4

Поскольку $1$ является константой относительно $x$ , производная $1$ относительно $x$ равна $0$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) (1 + 0) + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.5

Добавим $1$ и $0$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) \cdot 1 + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.3.6

Умножим $2^{x + 1}$ на $1$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) + \frac{d}{d x} [- 1]}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.4

Поскольку $- 1$ является константой относительно $x$ , производная $- 1$ относительно $x$ равна $0$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2) + 0}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.5

Добавим $2^{x + 1} \ln (2)$ и $0$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2)}{\frac{d}{d x} [\sin (π x)]}$

Этап 3.6

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $π x$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2)}{\frac{d}{d u} [\sin (u)] \frac{d}{d x} [π x]}$

Этап 3.6.2

Производная $\sin (u)$ по $u$ равна $\cos (u)$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2)}{\cos (u) \frac{d}{d x} [π x]}$

Этап 3.6.3

Заменим все вхождения $u$ на $π x$ .

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

Этап 3.7

Поскольку $π$ является константой относительно $x$ , производная $π x$ по $x$ равна $π \frac{d}{d x} [x]$ .

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

Этап 3.8

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2)}{\cos (π x) (π \cdot 1)}$

Этап 3.9

Умножим $π$ на $1$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2)}{\cos (π x) π}$

Этап 3.10

Изменим порядок множителей в $\cos (π x) π$ .

$lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1} \ln (2)}{π \cos (π x)}$

Этап 4

Вынесем член $\frac{\ln (2)}{π}$ из-под знака предела, так как он не зависит от $x$ .

$\frac{\ln (2)}{π} lim_{x \to - 1} \frac{2^{x + 1}}{\cos (π x)}$

Этап 5

Разобьем предел с помощью правила частного пределов при стремлении $x$ к $- 1$ .

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{lim_{x \to - 1} 2^{x + 1}}{lim_{x \to - 1} \cos (π x)}$

Этап 6

Внесем предел под знак экспоненты.

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1}}{lim_{x \to - 1} \cos (π x)}$

Этап 7

Разобьем предел с помощью правила суммы пределов при стремлении $x$ к $- 1$ .

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{lim_{x \to - 1} x + lim_{x \to - 1} 1}}{lim_{x \to - 1} \cos (π x)}$

Этап 8

Найдем предел $1$ , который является константой по мере приближения $x$ к $- 1$ .

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1}}{lim_{x \to - 1} \cos (π x)}$

Этап 9

Перенесем предел внутрь тригонометрической функции, поскольку косинус является непрерывной функцией.

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1}}{\cos (lim_{x \to - 1} π x)}$

Этап 10

Вынесем член $π$ из-под знака предела, так как он не зависит от $x$ .

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{lim_{x \to - 1} x + 1}}{\cos (π lim_{x \to - 1} x)}$

Этап 11

Найдем значения пределов, подставив значение $- 1$ для всех вхождений $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Найдем предел $x$ , подставив значение $- 1$ для $x$ .

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{- 1 + 1}}{\cos (π lim_{x \to - 1} x)}$

Этап 11.2

Найдем предел $x$ , подставив значение $- 1$ для $x$ .

$\frac{\ln (2)}{π} \cdot \frac{2^{- 1 + 1}}{\cos (π \cdot - 1)}$

Этап 12

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1

Объединим.

$\frac{\ln (2) \cdot 2^{- 1 + 1}}{π \cos (π \cdot - 1)}$

Этап 12.2

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.2.1

Добавим $- 1$ и $1$ .

$\frac{\ln (2) \cdot 2^{0}}{π \cos (π \cdot - 1)}$

Этап 12.2.2

Любое число в степени $0$ равно $1$ .

$\frac{\ln (2) \cdot 1}{π \cos (π \cdot - 1)}$

Этап 12.3

Упростим знаменатель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.3.1

Перенесем $- 1$ влево от $π$ .

$\frac{\ln (2) \cdot 1}{π \cos (- 1 \cdot π)}$

Этап 12.3.2

Перепишем $- 1 π$ в виде $- π$ .

$\frac{\ln (2) \cdot 1}{π \cos (- π)}$

Этап 12.3.3

Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте. Добавим минус к выражению, так как косинус отрицательный во втором квадранте.

$\frac{\ln (2) \cdot 1}{π (- \cos (0))}$

Этап 12.3.4

Точное значение $\cos (0)$ : $1$ .

$\frac{\ln (2) \cdot 1}{π (- 1 \cdot 1)}$

Этап 12.3.5

Умножим $- 1$ на $1$ .

$\frac{\ln (2) \cdot 1}{π \cdot - 1}$

Этап 12.4

Умножим $\ln (2)$ на $1$ .

$\frac{\ln (2)}{π \cdot - 1}$

Этап 12.5

Перенесем $- 1$ влево от $π$ .

$\frac{\ln (2)}{- 1 \cdot π}$

Этап 12.6

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{\ln (2)}{π}$