22.4 Granica funkcji w nieskończoności
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $ \lim_{x \to +\infty} \frac{6x+1}{3x-4} $
b) $ \lim_{x \to +\infty} \frac{x-8}{5x+3} $
c) $ \lim_{x \to +\infty} \frac{10}{2x+9} $
a) $2$
b) $\frac{1}{5}$
c) $0$
a) Aby obliczyć granicę funkcji wymiernej, gdy $x \to +\infty$, dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$ z mianownika, czyli $x^1$.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{6x+1}{3x-4} = \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{6x}{x}+\frac{1}{x}}{\frac{3x}{x}-\frac{4}{x}} = \lim_{x \to +\infty} \frac{6+\frac{1}{x}}{3-\frac{4}{x}} \]Ponieważ $ \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} = 0 $ i $ \lim_{x \to +\infty} \frac{4}{x} = 0 $, otrzymujemy:\[ \frac{6+0}{3-0} = \frac{6}{3} = 2 \]b) Postępujemy analogicznie jak w podpunkcie a). Dzielimy licznik i mianownik przez $x$.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{x-8}{5x+3} = \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{x}{x}-\frac{8}{x}}{\frac{5x}{x}+\frac{3}{x}} = \lim_{x \to +\infty} \frac{1-\frac{8}{x}}{5+\frac{3}{x}} \]Ponieważ $ \lim_{x \to +\infty} \frac{8}{x} = 0 $ i $ \lim_{x \to +\infty} \frac{3}{x} = 0 $, otrzymujemy:\[ \frac{1-0}{5+0} = \frac{1}{5} \]c) W tym przypadku licznik jest stałą, a mianownik dąży do nieskończoności.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{10}{2x+9} \]Gdy $x \to +\infty$, mianownik $2x+9$ dąży do $2 \cdot (+\infty) + 9 = +\infty$.
Zatem granica wynosi:\[ \frac{10}{+\infty} = 0 \]
Zadanie 2 (2 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x\to+\infty} \frac{5x^2-3x+8}{10x^2+x-2}$
b) $\lim_{x\to-\infty} \frac{7-2x+3x^2}{6x^2-5x+4}$
a) $\frac{1}{2}$
b) $\frac{1}{2}$
a) Aby obliczyć granicę, dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$, czyli $x^2$:\[\lim_{x\to+\infty} \frac{5x^2-3x+8}{10x^2+x-2} = \lim_{x\to+\infty} \frac{\frac{5x^2}{x^2}-\frac{3x}{x^2}+\frac{8}{x^2}}{\frac{10x^2}{x^2}+\frac{x}{x^2}-\frac{2}{x^2}}\]\[= \lim_{x\to+\infty} \frac{5-\frac{3}{x}+\frac{8}{x^2}}{10+\frac{1}{x}-\frac{2}{x^2}}\]Gdy $x \to +\infty$, wyrażenia $\frac{3}{x}$, $\frac{8}{x^2}$, $\frac{1}{x}$, $\frac{2}{x^2}$ dążą do $0$.
Zatem:\[= \frac{5-0+0}{10+0-0} = \frac{5}{10} = \frac{1}{2}\]b) Podobnie jak w poprzednim podpunkcie, dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$, czyli $x^2$:\[\lim_{x\to-\infty} \frac{7-2x+3x^2}{6x^2-5x+4} = \lim_{x\to-\infty} \frac{3x^2-2x+7}{6x^2-5x+4}\]\[= \lim_{x\to-\infty} \frac{\frac{3x^2}{x^2}-\frac{2x}{x^2}+\frac{7}{x^2}}{\frac{6x^2}{x^2}-\frac{5x}{x^2}+\frac{4}{x^2}}\]\[= \lim_{x\to-\infty} \frac{3-\frac{2}{x}+\frac{7}{x^2}}{6-\frac{5}{x}+\frac{4}{x^2}}\]Gdy $x \to -\infty$, wyrażenia $\frac{2}{x}$, $\frac{7}{x^2}$, $\frac{5}{x}$, $\frac{4}{x^2}$ dążą do $0$.
Zatem:\[= \frac{3-0+0}{6-0+0} = \frac{3}{6} = \frac{1}{2}\]
Zadanie 3 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 5x + 1}{4x^3 + 2x - 1}$
b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{(2 + 3x^2)^2}{2x^4 + 5x^3 - x}$
c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{(3x + 1)^3}{(1 + 2x^2)(1 - 2x^2)}$
a) $0$
b) $\frac{9}{2}$
c) $0$
a) Aby obliczyć granicę, dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$ z mianownika, czyli $x^3$.\[\lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 5x + 1}{4x^3 + 2x - 1} = \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{3x^2}{x^3} - \frac{5x}{x^3} + \frac{1}{x^3}}{\frac{4x^3}{x^3} + \frac{2x}{x^3} - \frac{1}{x^3}}\]\[= \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{3}{x} - \frac{5}{x^2} + \frac{1}{x^3}}{4 + \frac{2}{x^2} - \frac{1}{x^3}}\]Gdy $x \to +\infty$, wyrażenia typu $\frac{k}{x^n}$ (dla $n > 0$) dążą do 0.\[= \frac{0 - 0 + 0}{4 + 0 - 0} = \frac{0}{4} = 0\]b) Najpierw rozwijamy licznik.\[(2 + 3x^2)^2 = 4 + 12x^2 + 9x^4\]Granica przyjmuje postać:\[\lim_{x \to +\infty} \frac{9x^4 + 12x^2 + 4}{2x^4 + 5x^3 - x}\]Dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$ z mianownika, czyli $x^4$.\[= \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{9x^4}{x^4} + \frac{12x^2}{x^4} + \frac{4}{x^4}}{\frac{2x^4}{x^4} + \frac{5x^3}{x^4} - \frac{x}{x^4}}\]\[= \lim_{x \to +\infty} \frac{9 + \frac{12}{x^2} + \frac{4}{x^4}}{2 + \frac{5}{x} - \frac{1}{x^3}}\]Gdy $x \to +\infty$, wyrażenia typu $\frac{k}{x^n}$ (dla $n > 0$) dążą do 0.\[= \frac{9 + 0 + 0}{2 + 0 - 0} = \frac{9}{2}\]c) Najpierw rozwijamy licznik i mianownik.
Licznik:\[(3x + 1)^3 = (3x)^3 + 3(3x)^2(1) + 3(3x)(1)^2 + 1^3 = 27x^3 + 27x^2 + 9x + 1\]Mianownik:\[(1 + 2x^2)(1 - 2x^2) = 1^2 - (2x^2)^2 = 1 - 4x^4\]Granica przyjmuje postać:\[\lim_{x \to +\infty} \frac{27x^3 + 27x^2 + 9x + 1}{1 - 4x^4}\]Dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$ z mianownika, czyli $x^4$.\[= \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{27x^3}{x^4} + \frac{27x^2}{x^4} + \frac{9x}{x^4} + \frac{1}{x^4}}{\frac{1}{x^4} - \frac{4x^4}{x^4}}\]\[= \lim_{x \to +\infty} \frac{\frac{27}{x} + \frac{27}{x^2} + \frac{9}{x^3} + \frac{1}{x^4}}{\frac{1}{x^4} - 4}\]Gdy $x \to +\infty$, wyrażenia typu $\frac{k}{x^n}$ (dla $n > 0$) dążą do 0.\[= \frac{0 + 0 + 0 + 0}{0 - 4} = \frac{0}{-4} = 0\]
Zadanie 4 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to -\infty} \left( \frac{x^2}{x+3} - x \right)$
b) $\lim_{x \to -\infty} \left( \frac{3x^2+1}{x-2} + \frac{5-6x^2}{2x+1} \right)$
c) $\lim_{x \to -\infty} \left( \frac{(2x+3)^2}{2x-1} - \frac{2x^2-5}{x+4} \right)$
a) $-3$
b) $\frac{15}{2}$
c) $15$
a) Aby obliczyć granicę, najpierw sprowadzamy wyrażenie do wspólnego mianownika:\[ \frac{x^2}{x+3} - x = \frac{x^2 - x(x+3)}{x+3} = \frac{x^2 - x^2 - 3x}{x+3} = \frac{-3x}{x+3} \]Następnie dzielimy licznik i mianownik przez $x$:\[ \lim_{x \to -\infty} \frac{-3x}{x+3} = \lim_{x \to -\infty} \frac{\frac{-3x}{x}}{\frac{x}{x}+\frac{3}{x}} = \lim_{x \to -\infty} \frac{-3}{1+\frac{3}{x}} \]Ponieważ $\lim_{x \to -\infty} \frac{3}{x} = 0$, otrzymujemy:\[ \frac{-3}{1+0} = -3 \]b) Najpierw sprowadzamy wyrażenia do wspólnego mianownika:\[ \frac{3x^2+1}{x-2} + \frac{5-6x^2}{2x+1} = \frac{(3x^2+1)(2x+1) + (5-6x^2)(x-2)}{(x-2)(2x+1)} \]Rozwijamy licznik:\[ (3x^2+1)(2x+1) = 6x^3 + 3x^2 + 2x + 1 \]\[ (5-6x^2)(x-2) = 5x - 10 - 6x^3 + 12x^2 = -6x^3 + 12x^2 + 5x - 10 \]Sumujemy wyrażenia w liczniku:\[ (6x^3 + 3x^2 + 2x + 1) + (-6x^3 + 12x^2 + 5x - 10) = 15x^2 + 7x - 9 \]Rozwijamy mianownik:\[ (x-2)(2x+1) = 2x^2 + x - 4x - 2 = 2x^2 - 3x - 2 \]Zatem granica przyjmuje postać:\[ \lim_{x \to -\infty} \frac{15x^2 + 7x - 9}{2x^2 - 3x - 2} \]Dzielimy licznik i mianownik przez $x^2$:\[ \lim_{x \to -\infty} \frac{\frac{15x^2}{x^2} + \frac{7x}{x^2} - \frac{9}{x^2}}{\frac{2x^2}{x^2} - \frac{3x}{x^2} - \frac{2}{x^2}} = \lim_{x \to -\infty} \frac{15 + \frac{7}{x} - \frac{9}{x^2}}{2 - \frac{3}{x} - \frac{2}{x^2}} \]Ponieważ $\lim_{x \to -\infty} \frac{c}{x^n} = 0$ dla $n > 0$, otrzymujemy:\[ \frac{15 + 0 - 0}{2 - 0 - 0} = \frac{15}{2} \]c) Najpierw rozwijamy kwadrat w pierwszym ułamku i sprowadzamy wyrażenia do wspólnego mianownika:\[ \frac{(2x+3)^2}{2x-1} - \frac{2x^2-5}{x+4} = \frac{4x^2+12x+9}{2x-1} - \frac{2x^2-5}{x+4} \]\[ = \frac{(4x^2+12x+9)(x+4) - (2x^2-5)(2x-1)}{(2x-1)(x+4)} \]Rozwijamy licznik:\[ (4x^2+12x+9)(x+4) = 4x^3 + 16x^2 + 12x^2 + 48x + 9x + 36 = 4x^3 + 28x^2 + 57x + 36 \]\[ (2x^2-5)(2x-1) = 4x^3 - 2x^2 - 10x + 5 \]Odejmujemy wyrażenia w liczniku:\[ (4x^3 + 28x^2 + 57x + 36) - (4x^3 - 2x^2 - 10x + 5) = 30x^2 + 67x + 31 \]Rozwijamy mianownik:\[ (2x-1)(x+4) = 2x^2 + 8x - x - 4 = 2x^2 + 7x - 4 \]Zatem granica przyjmuje postać:\[ \lim_{x \to -\infty} \frac{30x^2 + 67x + 31}{2x^2 + 7x - 4} \]Dzielimy licznik i mianownik przez $x^2$:\[ \lim_{x \to -\infty} \frac{\frac{30x^2}{x^2} + \frac{67x}{x^2} + \frac{31}{x^2}}{\frac{2x^2}{x^2} + \frac{7x}{x^2} - \frac{4}{x^2}} = \lim_{x \to -\infty} \frac{30 + \frac{67}{x} + \frac{31}{x^2}}{2 + \frac{7}{x} - \frac{4}{x^2}} \]Ponieważ $\lim_{x \to -\infty} \frac{c}{x^n} = 0$ dla $n > 0$, otrzymujemy:\[ \frac{30 + 0 + 0}{2 + 0 - 0} = \frac{30}{2} = 15 \]
Zadanie 5 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{x^2 + 2x + 3}}{3x - 2}$
b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{9x^2 - 5x + 1}}{1 - 2x}$
c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{|5x - 4|}{x + 3}$
a) $\frac{1}{3}$
b) $-\frac{3}{2}$
c) $5$
a) Dla $x \to +\infty$, $\sqrt{x^2} = |x| = x$.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{x^2 + 2x + 3}}{3x - 2} = \lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{x^2 \left(1 + \frac{2}{x} + \frac{3}{x^2}\right)}}{x \left(3 - \frac{2}{x}\right)} \]\[ = \lim_{x \to +\infty} \frac{x\sqrt{1 + \frac{2}{x} + \frac{3}{x^2}}}{x \left(3 - \frac{2}{x}\right)} \]Skracamy $x$ i podstawiamy $x \to +\infty$:\[ = \frac{\sqrt{1 + 0 + 0}}{3 - 0} = \frac{\sqrt{1}}{3} = \frac{1}{3} \]b) Dla $x \to +\infty$, $\sqrt{9x^2} = |3x| = 3x$.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{9x^2 - 5x + 1}}{1 - 2x} = \lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{x^2 \left(9 - \frac{5}{x} + \frac{1}{x^2}\right)}}{x \left(\frac{1}{x} - 2\right)} \]\[ = \lim_{x \to +\infty} \frac{x\sqrt{9 - \frac{5}{x} + \frac{1}{x^2}}}{x \left(\frac{1}{x} - 2\right)} \]Skracamy $x$ i podstawiamy $x \to +\infty$:\[ = \frac{\sqrt{9 - 0 + 0}}{0 - 2} = \frac{\sqrt{9}}{-2} = \frac{3}{-2} = -\frac{3}{2} \]c) Dla $x \to +\infty$, wyrażenie $5x - 4$ jest dodatnie, więc $|5x - 4| = 5x - 4$.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{|5x - 4|}{x + 3} = \lim_{x \to +\infty} \frac{5x - 4}{x + 3} \]Dzielimy licznik i mianownik przez $x$:\[ = \lim_{x \to +\infty} \frac{5 - \frac{4}{x}}{1 + \frac{3}{x}} \]Podstawiamy $x \to +\infty$:\[ = \frac{5 - 0}{1 + 0} = 5 \]
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $ \lim_{x \to +\infty} \frac{9x-2}{3x+1} $
b) $ \lim_{x \to +\infty} \frac{4x+7}{8x-1} $
c) $ \lim_{x \to +\infty} \frac{-12}{1-3x} $
a) $3$
b) $\frac{1}{2}$
c) $0$
Zadanie 2 (2 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x\to+\infty} \frac{(3x+2)^2}{(2-5x)^2}$
b) $\lim_{x\to-\infty} \frac{(4x-3)^2}{(1+2x)^2}$
a) $\frac{9}{25}$
b) $4$
Zadanie 3 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{5x^2 - x + 10}{x^3 - 3x^2 + 5}$
b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{(3 - x^2)^2}{3x^4 - 2x^3 + x^2}$
c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{(2x + 5)^3}{(1 + x^2)(1 - x^2)}$
a) $0$
b) $\frac{1}{3}$
c) $0$
Zadanie 4 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to -\infty} \left( \frac{x^2}{x-4} - x \right)$
b) $\lim_{x \to -\infty} \left( \frac{4x^2-1}{x+3} + \frac{2-8x^2}{2x-3} \right)$
c) $\lim_{x \to -\infty} \left( \frac{(4x-1)^2}{4x+3} - \frac{4x^2+1}{x-2} \right)$
a) $4$
b) $-18$
c) $-13$
Zadanie 5 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{x^2 - 3x + 1}}{4x + 5}$
b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{\sqrt{16x^2 + x - 2}}{7 - 5x}$
c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{|2x + 1|}{x - 4}$
a) $\frac{1}{4}$
b) $-\frac{4}{5}$
c) $2$
