Математический анализ Примеры

$lim_{x \to 0} \frac{\tan (x^{2})}{\sin (2 x)}$

Этап 1

Найдем предел числителя и предел знаменателя.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Возьмем предел числителя и предел знаменателя.

$\frac{lim_{x \to 0} \tan (x^{2})}{lim_{x \to 0} \sin (2 x)}$

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

Перенесем предел внутрь тригонометрической функции, поскольку тангенс — непрерывная функция.

$\frac{\tan (lim_{x \to 0} x^{2})}{lim_{x \to 0} \sin (2 x)}$

Этап 1.2.1.2

Вынесем степень $2$ в выражении $x^{2}$ из-под знака предела по правилу степени для пределов.

$\frac{\tan ({(lim_{x \to 0} x)}^{2})}{lim_{x \to 0} \sin (2 x)}$

Этап 1.2.2

Найдем предел $x$ , подставив значение $0$ для $x$ .

$\frac{\tan (0^{2})}{lim_{x \to 0} \sin (2 x)}$

Этап 1.2.3

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.1

Возведение $0$ в любую положительную степень дает $0$ .

$\frac{\tan (0)}{lim_{x \to 0} \sin (2 x)}$

Этап 1.2.3.2

Точное значение $\tan (0)$ : $0$ .

$\frac{0}{lim_{x \to 0} \sin (2 x)}$

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.

$\frac{0}{\sin (lim_{x \to 0} 2 x)}$

Этап 1.3.1.2

Вынесем член $2$ из-под знака предела, так как он не зависит от $x$ .

$\frac{0}{\sin (2 lim_{x \to 0} x)}$

Этап 1.3.2

Найдем предел $x$ , подставив значение $0$ для $x$ .

$\frac{0}{\sin (2 \cdot 0)}$

Этап 1.3.3

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.3.1

Умножим $2$ на $0$ .

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

Этап 1.3.3.2

Точное значение $\sin (0)$ : $0$ .

$\frac{0}{0}$

Этап 1.3.3.3

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.

$lim_{x \to 0} \frac{\tan (x^{2})}{\sin (2 x)} = lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{d x} [\tan (x^{2})]}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3

Найдем производную числителя и знаменателя.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Продифференцируем числитель и знаменатель.

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{d x} [\tan (x^{2})]}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.2

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 $f (x) = \tan (x)$ и $g (x) = x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $x^{2}$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{d u} [\tan (u)] \frac{d}{d x} [x^{2}]}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.2.2

Производная $\tan (u)$ по $u$ равна $\sec^{2} (u)$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\sec^{2} (u) \frac{d}{d x} [x^{2}]}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.2.3

Заменим все вхождения $u$ на $x^{2}$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\sec^{2} (x^{2}) \frac{d}{d x} [x^{2}]}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 2$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\sec^{2} (x^{2}) (2 x)}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.4.1

Изменим порядок множителей в $\sec^{2} (x^{2}) (2 x)$ .

$lim_{x \to 0} \frac{2 x \sec^{2} (x^{2})}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4.2

Выразим $\sec (x^{2})$ через синусы и косинусы.

$lim_{x \to 0} \frac{2 x {(\frac{1}{\cos (x^{2})})}^{2}}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4.3

Применим правило умножения к $\frac{1}{\cos (x^{2})}$ .

$lim_{x \to 0} \frac{2 x \frac{1^{2}}{\cos^{2} (x^{2})}}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4.4

Единица в любой степени равна единице.

$lim_{x \to 0} \frac{2 x \frac{1}{\cos^{2} (x^{2})}}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4.5

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.4.5.1

Объединим $2$ и $\frac{1}{\cos^{2} (x^{2})}$ .

$lim_{x \to 0} \frac{x \frac{2}{\cos^{2} (x^{2})}}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4.5.2

Объединим $x$ и $\frac{2}{\cos^{2} (x^{2})}$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{x \cdot 2}{\cos^{2} (x^{2})}}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.4.6

Перенесем $2$ влево от $x$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\frac{d}{d x} [\sin (2 x)]}$

Этап 3.5

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.5.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $2 x$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\frac{d}{d u} [\sin (u)] \frac{d}{d x} [2 x]}$

Этап 3.5.2

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

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\cos (u) \frac{d}{d x} [2 x]}$

Этап 3.5.3

Заменим все вхождения $u$ на $2 x$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\cos (2 x) \frac{d}{d x} [2 x]}$

Этап 3.6

Поскольку $2$ является константой относительно $x$ , производная $2 x$ по $x$ равна $2 \frac{d}{d x} [x]$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\cos (2 x) (2 \frac{d}{d x} [x])}$

Этап 3.7

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

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\cos (2 x) (2 \cdot 1)}$

Этап 3.8

Умножим $2$ на $1$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{\cos (2 x) \cdot 2}$

Этап 3.9

Перенесем $2$ влево от $\cos (2 x)$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{2 \cdot \cos (2 x)}$

Этап 3.10

Умножим $2$ на $\cos (2 x)$ .

$lim_{x \to 0} \frac{\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}}{2 \cos (2 x)}$

Этап 4

Умножим числитель на величину, обратную знаменателю.

$lim_{x \to 0} \frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})} \cdot \frac{1}{2 \cos (2 x)}$

Этап 5

Упростим члены.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Умножим $\frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2})}$ на $\frac{1}{2 \cos (2 x)}$ .

$lim_{x \to 0} \frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2}) (2 \cos (2 x))}$

Этап 5.2

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1

Сократим общий множитель.

$lim_{x \to 0} \frac{2 x}{\cos^{2} (x^{2}) (2 \cos (2 x))}$

Этап 5.2.2

Перепишем это выражение.

$lim_{x \to 0} \frac{x}{\cos^{2} (x^{2}) (\cos (2 x))}$

Этап 6

Разобьем предел с помощью правила частного пределов при стремлении $x$ к $0$ .

$\frac{lim_{x \to 0} x}{lim_{x \to 0} \cos^{2} (x^{2}) (\cos (2 x))}$

Этап 7

Разобьем предел с помощью правила произведения пределов при стремлении $x$ к $0$ .

$\frac{lim_{x \to 0} x}{lim_{x \to 0} \cos^{2} (x^{2}) \cdot lim_{x \to 0} \cos (2 x)}$

Этап 8

Вынесем степень $2$ в выражении $\cos^{2} (x^{2})$ из-под знака предела по правилу степени для пределов.

$\frac{lim_{x \to 0} x}{{(lim_{x \to 0} \cos (x^{2}))}^{2} \cdot lim_{x \to 0} \cos (2 x)}$

Этап 9

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

$\frac{lim_{x \to 0} x}{\cos^{2} (lim_{x \to 0} x^{2}) \cdot lim_{x \to 0} \cos (2 x)}$

Этап 10

Вынесем степень $2$ в выражении $x^{2}$ из-под знака предела по правилу степени для пределов.

$\frac{lim_{x \to 0} x}{\cos^{2} ({(lim_{x \to 0} x)}^{2}) \cdot lim_{x \to 0} \cos (2 x)}$

Этап 11

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

$\frac{lim_{x \to 0} x}{\cos^{2} ({(lim_{x \to 0} x)}^{2}) \cdot \cos (lim_{x \to 0} 2 x)}$

Этап 12

Вынесем член $2$ из-под знака предела, так как он не зависит от $x$ .

$\frac{lim_{x \to 0} x}{\cos^{2} ({(lim_{x \to 0} x)}^{2}) \cdot \cos (2 lim_{x \to 0} x)}$

Этап 13

Найдем значения пределов, подставив значение $0$ для всех вхождений $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.1

Найдем предел $x$ , подставив значение $0$ для $x$ .

$\frac{0}{\cos^{2} ({(lim_{x \to 0} x)}^{2}) \cdot \cos (2 lim_{x \to 0} x)}$

Этап 13.2

Найдем предел $x$ , подставив значение $0$ для $x$ .

$\frac{0}{\cos^{2} (0^{2}) \cdot \cos (2 lim_{x \to 0} x)}$

Этап 13.3

Найдем предел $x$ , подставив значение $0$ для $x$ .

$\frac{0}{\cos^{2} (0^{2}) \cdot \cos (2 \cdot 0)}$

Этап 14

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 14.1

Умножим на $1$ .

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

Этап 14.2

Разделим дроби.

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

Этап 14.3

Переведем $\frac{1}{\cos^{2} (0^{2})}$ в $\sec^{2} (0^{2})$ .

$\frac{0}{1 \cdot \cos (2 \cdot 0)} \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.4

Умножим $2$ на $0$ .

$\frac{0}{1 \cdot \cos (0)} \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.5

Умножим $\cos (0)$ на $1$ .

$\frac{0}{\cos (0)} \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.6

Разделим дроби.

$\frac{0}{1} \cdot \frac{1}{\cos (0)} \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.7

Переведем $\frac{1}{\cos (0)}$ в $\sec (0)$ .

$\frac{0}{1} \sec (0) \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.8

Разделим $0$ на $1$ .

$0 \sec (0) \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.9

Точное значение $\sec (0)$ : $1$ .

$0 \cdot 1 \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.10

Умножим $0$ на $1$ .

$0 \sec^{2} (0^{2})$

Этап 14.11

Возведение $0$ в любую положительную степень дает $0$ .

$0 \sec^{2} (0)$

Этап 14.12

Точное значение $\sec (0)$ : $1$ .

$0 \cdot 1^{2}$

Этап 14.13

Единица в любой степени равна единице.

$0 \cdot 1$

Этап 14.14

Умножим $0$ на $1$ .

$0$