22.5 Granica niewłaściwa funkcji
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to 0} \frac{5}{x^4}$
b) $\lim_{x \to -2} \frac{3x+1}{(x+2)^2}$
c) $\lim_{x \to 5} \frac{2-x}{|x-5|}$
a) $+\infty$
b) $-\infty$
c) $-\infty$
a) Rozważamy granicę funkcji przy $x$ dążącym do $0$:\[ \lim_{x \to 0} \frac{5}{x^4} \]Wyrażenie $x^4$ dla dowolnego $x$ różnego od zera jest zawsze dodatnie. Gdy $x$ dąży do $0$, $x^4$ staje się niezwykle małą liczbą dodatnią ($0^+$). Dzieląc liczbę $5$ przez taką wartość, otrzymujemy:\[ \lim_{x \to 0} \frac{5}{x^4} = [\frac{5}{0^+}] = +\infty \]b) Rozważamy granicę funkcji przy $x$ dążącym do $-2$:\[ \lim_{x \to -2} \frac{3x+1}{(x+2)^2} \]Podstawiamy $x = -2$ do licznika, aby sprawdzić jego wartość:\[ 3 \cdot (-2) + 1 = -6 + 1 = -5 \]Licznik dąży do $-5$. Mianownik $(x+2)^2$ jest zawsze dodatni dla $x$ bliskich $-2$ i dąży do $0$. Zapisujemy to jako $0^+$:\[ \lim_{x \to -2} \frac{3x+1}{(x+2)^2} = [\frac{-5}{0^+}] \]Liczba ujemna dzielona przez małą liczbę dodatnią daje minus nieskończoność:\[ \lim_{x \to -2} \frac{3x+1}{(x+2)^2} = -\infty \]c) Rozważamy granicę funkcji przy $x$ dążącym do $5$:\[ \lim_{x \to 5} \frac{2-x}{|x-5|} \]Obliczamy wartość licznika dla $x = 5$:\[ 2 - 5 = -3 \]Mianownik zawiera wartość bezwzględną $|x-5|$, która dla $x$ dążącego do $5$ zawsze przyjmuje wartości dodatnie i dąży do $0$. Zapisujemy to jako $0^+$:\[ \lim_{x \to 5} \frac{2-x}{|x-5|} = [\frac{-3}{0^+}] \]Wynikiem dzielenia liczby ujemnej przez $0^+$ jest minus nieskończoność:\[ \lim_{x \to 5} \frac{2-x}{|x-5|} = -\infty \]
Zadanie 2 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} (2x^3 - 4x^2 + 5x - 1)$
b) $\lim_{x \to +\infty} (-2x^4 + 3x^2 + 6)$
c) $\lim_{x \to +\infty} (x^6 + 10x^5 - 2x^3 - 100)$
a) $+\infty$
b) $-\infty$
c) $+\infty$
Aby obliczyć granicę wielomianu w nieskończoności, wyłączamy najwyższą potęgę $x$ przed nawias.
a) Obliczamy granicę:\[ \lim_{x \to +\infty} (2x^3 - 4x^2 + 5x - 1) \]Wyłączamy $x^3$ przed nawias:\[ \lim_{x \to +\infty} x^3 \cdot (2 - \frac{4}{x} + \frac{5}{x^2} - \frac{1}{x^3}) \]Ułamki w nawiasie dążą do zera. Wyrażenie w nawiasie dąży do $2$. Mamy iloczyn $x^3$ (dąży do $+\infty$) i liczby $2$:\[ (+\infty) \cdot 2 = +\infty \]b) Obliczamy granicę:\[ \lim_{x \to +\infty} (-2x^4 + 3x^2 + 6) \]Wyłączamy $x^4$ przed nawias:\[ \lim_{x \to +\infty} x^4 \cdot (-2 + \frac{3}{x^2} + \frac{6}{x^4}) \]Nawias dąży do $-2$. Mamy iloczyn $x^4$ (dąży do $+\infty$) i liczby ujemnej $-2$:\[ (+\infty) \cdot (-2) = -\infty \]c) Obliczamy granicę:\[ \lim_{x \to +\infty} (x^6 + 10x^5 - 2x^3 - 100) \]Wyłączamy $x^6$ przed nawias:\[ \lim_{x \to +\infty} x^6 \cdot (1 + \frac{10}{x} - \frac{2}{x^3} - \frac{100}{x^6}) \]Nawias dąży do $1$. Mamy iloczyn $x^6$ (dąży do $+\infty$) i liczby $1$:\[ (+\infty) \cdot 1 = +\infty \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \left[ (2-x)^2 (x+5) \right]$
b) $\lim_{x \to +\infty} \left[ (x-1)^3 (4-2x)^2 \right]$
c) $\lim_{x \to +\infty} \left[ (3-\sqrt{x})(3+\sqrt{x}) \right]$
a) $\lim_{x \to +\infty} [(2-x)^2 (x+5)] = +\infty$
b) $\lim_{x \to +\infty} [(x-1)^3 (4-2x)^2] = +\infty$
c) $\lim_{x \to +\infty} [(3-\sqrt{x})(3+\sqrt{x})] = -\infty$
a) Najpierw przekształcamy pierwszy nawias za pomocą wzoru skróconego mnożenia $(a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$:\[ (2-x)^2 = 4 - 4x + x^2 \]Następnie mnożymy to przez drugi nawias $(x+5)$:\[ (x^2 - 4x + 4) \cdot (x + 5) = x^3 + 5x^2 - 4x^2 - 20x + 4x + 20 = x^3 + x^2 - 16x + 20 \]Przy $x$ dążącym do plus nieskończoności, o granicy decyduje wyraz z najwyższą potęgą, czyli $x^3$:\[ \lim_{x \to +\infty} (x^3 + x^2 - 16x + 20) = +\infty \]b) Analizujemy najwyższe potęgi w każdym nawiasie. W $(x-1)^3$ najwyższym wyrazem jest $x^3$. W $(4-2x)^2$ najwyższym wyrazem jest $(-2x)^2 = 4x^2$. Mnożymy je przez siebie:\[ x^3 \cdot 4x^2 = 4x^5 \]Ponieważ współczynnik $4$ jest dodatni, granica wynosi:\[ \lim_{x \to +\infty} [(x-1)^3 (4-2x)^2] = +\infty \]c) Stosujemy wzór na różnicę kwadratów $(a-b)(a+b) = a^2 - b^2$:\[ (3-\sqrt{x})(3+\sqrt{x}) = 3^2 - (\sqrt{x})^2 = 9 - x \]Obliczamy granicę dla $x$ dążącego do plus nieskończoności:\[ \lim_{x \to +\infty} (9 - x) = -\infty \]
Zadanie 4 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{x^2 + 5x + 2}{3x + 1}$
b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{2x^2 - 3x + 4}{5 - x}$
c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{2x^4 + 3x^2 - 1}{x^2 + 4x + 1}$
a) $+\infty$
b) $-\infty$
c) $+\infty$
a) Aby obliczyć granicę, wyłączamy najwyższą potęgę mianownika, czyli $x$, przed nawias w liczniku i mianowniku.
Licznik:\[ x^2 + 5x + 2 = x \cdot (x + 5 + \frac{2}{x}) \]Mianownik:\[ 3x + 1 = x \cdot (3 + \frac{1}{x}) \]Zapisujemy ułamek i skracamy $x$:\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{x \cdot (x + 5 + \frac{2}{x})}{x \cdot (3 + \frac{1}{x})} = \lim_{x \to +\infty} \frac{x + 5 + \frac{2}{x}}{3 + \frac{1}{x}} \]Ponieważ ułamki z $x$ w mianowniku dążą do zera, otrzymujemy:\[ \frac{+\infty + 5 + 0}{3 + 0} = \frac{+\infty}{3} = +\infty \]b) Wyłączamy $x$ przed nawias w liczniku i mianowniku.
Licznik:\[ 2x^2 - 3x + 4 = x \cdot (2x - 3 + \frac{4}{x}) \]Mianownik:\[ 5 - x = x \cdot (\frac{5}{x} - 1) \]Skracamy $x$:\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{2x - 3 + \frac{4}{x}}{\frac{5}{x} - 1} \]Podstawiamy nieskończoność:\[ \frac{2 \cdot (+\infty) - 3 + 0}{0 - 1} = \frac{+\infty}{-1} = -\infty \]c) Wyłączamy najwyższą potęgę mianownika, czyli $x^2$, przed nawias.
Licznik:\[ 2x^4 + 3x^2 - 1 = x^2 \cdot (2x^2 + 3 - \frac{1}{x^2}) \]Mianownik:\[ x^2 + 4x + 1 = x^2 \cdot (1 + \frac{4}{x} + \frac{1}{x^2}) \]Skracamy $x^2$:\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{2x^2 + 3 - \frac{1}{x^2}}{1 + \frac{4}{x} + \frac{1}{x^2}} \]Podstawiamy nieskończoność:\[ \frac{2 \cdot (+\infty)^2 + 3 - 0}{1 + 0 + 0} = \frac{+\infty}{1} = +\infty \]
Zadanie 5 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x\to+\infty} \sqrt{x^2 + 5x + 2}$
b) $\lim_{x\to+\infty} (x\sqrt{x^2 + 4x + 1})$
c) $\lim_{x\to+\infty} \frac{3x\sqrt{x^2 - 2x + 1}}{2 - 4x}$
a) $+\infty$
b) $+\infty$
c) $-\infty$
a) Rozważamy granicę funkcji pierwiastkowej, gdy $x$ dąży do nieskończoności:
Najpierw patrzymy na wyrażenie pod pierwiastkiem:\[ x^2 + 5x + 2 \]Wyciągamy najwyższą potęgę $x$ przed nawias pod pierwiastkiem:\[ x^2 \cdot (1 + \frac{5}{x} + \frac{2}{x^2}) \]Gdy $x$ dąży do nieskończoności, ułamki $\frac{5}{x}$ oraz $\frac{2}{x^2}$ dążą do zera. Zatem wyrażenie w nawiasie dąży do $1$. Całe wyrażenie pod pierwiastkiem dąży do nieskończoności, ponieważ $x^2$ dąży do nieskończoności. Pierwiastek z nieskończoności to nieskończoność.\[ \lim_{x \to +\infty} \sqrt{x^2 + 5x + 2} = +\infty \]b) Rozważamy granicę iloczynu:\[ x \cdot \sqrt{x^2 + 4x + 1} \]Zauważamy, że gdy $x$ dąży do nieskończoności, pierwszy czynnik $x$ dąży do nieskończoności. Wyrażenie pod pierwiastkiem również dąży do nieskończoności (podobnie jak w punkcie a). Iloczyn dwóch liczb dążących do nieskończoności daje nieskończoność.\[ \lim_{x \to +\infty} (x \cdot \sqrt{x^2 + 4x + 1}) = +\infty \]c) Rozważamy granicę ułamka:\[ \frac{3x \cdot \sqrt{x^2 - 2x + 1}}{2 - 4x} \]Najpierw upraszczamy pierwiastek. Zauważamy, że pod pierwiastkiem jest wzór skróconego mnożenia:\[ x^2 - 2x + 1 = (x - 1)^2 \]Zatem pierwiastek to wartość bezwzględna z $(x - 1)$. Ponieważ $x$ dąży do plus nieskończoności, możemy przyjąć, że $x$ jest większe od $1$, więc $|x - 1| = x - 1$.\[ \frac{3x \cdot (x - 1)}{2 - 4x} = \frac{3x^2 - 3x}{2 - 4x} \]Teraz dzielimy licznik i mianownik przez najwyższą potęgę $x$ z mianownika, czyli przez $x$:\[ \frac{3x - 3}{\frac{2}{x} - 4} \]Gdy $x$ dąży do nieskończoności, licznik $(3x - 3)$ dąży do nieskończoności, a mianownik dąży do $(0 - 4) = -4$. Dzielenie nieskończoności przez liczbę ujemną daje minus nieskończoność.\[ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 3x}{2 - 4x} = -\infty \]
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to 0} \frac{7}{x^6}$
b) $\lim_{x \to 1} \frac{x-4}{(x-1)^2}$
c) $\lim_{x \to -2} \frac{x+10}{|x+2|}$
a) $+\infty$
b) $-\infty$
c) $+\infty$
Zadanie 2 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} (5x^2 - 100x + 1)$
b) $\lim_{x \to +\infty} (-x^3 + 50x^2 - 2)$
c) $\lim_{x \to +\infty} (-4x^4 + x^3 + x^2 + x)$
a) $+\infty$
b) $-\infty$
c) $-\infty$
Zadanie 3 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \left[ (3-x)^2 (x+1) \right]$
b) $\lim_{x \to +\infty} \left[ (x-2)^3 (1-2x)^2 \right]$
c) $\lim_{x \to +\infty} \left[ (5-\sqrt{x})(5+\sqrt{x}) \right]$
a) $\lim_{x \to +\infty} [(3-x)^2 (x+1)] = +\infty$
b) $\lim_{x \to +\infty} [(x-2)^3 (1-2x)^2] = +\infty$
c) $\lim_{x \to +\infty} [(5-\sqrt{x})(5+\sqrt{x})] = -\infty$
Zadanie 4 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 + x + 1}{x + 4}$
b) $\lim_{x \to +\infty} \frac{x^2 + 2x + 3}{1 - 2x}$
c) $\lim_{x \to +\infty} \frac{x^3 + 2x^2 + 5}{x + 1}$
a) $+\infty$
b) $-\infty$
c) $+\infty$
Zadanie 5 (3 pkt)
Oblicz granice:
a) $\lim_{x\to+\infty} \sqrt{x^2 + 3x + 8}$
b) $\lim_{x\to+\infty} (x\sqrt{x^2 + 6x + 4})$
c) $\lim_{x\to+\infty} \frac{4x\sqrt{x^2 - 3x + 2}}{1 - 2x}$
a) $+\infty$
b) $+\infty$
c) $-\infty$
