Download - Η Ασκηση της Ημέρας

Transcript
Page 1: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Αρχικά

x 0limln x 2 ln2 0

και

3x

x 0lim e 2x 1 0

Θεωρούμε τη συνάρτηση 3xf x e 2x 1,x R

Η f είναι γνησίως αύξουσα στο R αφού για οποιαδήποτε 1 2

x ,x R ισχύει:

1 23x 3x

1 2 1 2x x 3x 3x e e

και

1 2 1 2 1 2

x x 2x 2x 2x 1 2x 1

οπότε

1 23x 3x

1 2 1 2e 2x 1 e 2x 1 f x f x

Επομένως, για x 0 έχουμε f x f 0 0 άρα

x 0

1lim ln x 2

f x

Ενώ για x 0 έχουμε f x f 0 0 άρα

x 0

1lim ln x 2

f x

άρα το ζητούμενο όριο δεν υπάρχει.

Λύνει ο Μάκης Χατζόπουλος

Για μαθητές

Page 2: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Έστω ότι υπάρχει το ζητούμενο όριο και είναι πραγματικός αριθμός k ,

δηλαδή

3xx 0

ln x 2lim k

e 2x 1R

Για x 0 θέτουμε

3x

ln x 2g x

e 2x 1

Τότε

3xg x e 2x 1 ln x 2 , x κοντά στο 0

Άρα

x 0 x 0

3xg x e 2x 1 ln x 2 k 0 ln2,lim lim άτοπο!

Έστω ότι υπάρχει το ζητούμενο όριο και είναι ,

δηλαδή

3xx 0

ln x 2lim

e 2x 1

Οπότε θα ισχύει και

3xx 0

ln x 2lim

e 2x 1

Άρα υπάρχει α κοντά στο 0 τέτοιο, ώστε

ln α 20 1

e 2α 1

Όμως

12α 03α 3αα 0 3α 0 e 1 e 2α 1 0 ln α 2 0 α 2 1 α 1,

άτοπο, διότι το α είναι κοντά στο 0

Έστω ότι υπάρχει το ζητούμενο όριο και είναι ,

δηλαδή

3xx 0

ln x 2lim

e 2x 1

Οπότε θα ισχύει και

Λύνει ο Παύλος Τρύφων

Για μαθητές

Page 3: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

3xx 0

ln x 2lim

e 2x 1

Άρα υπάρχει β κοντά στο 0 τέτοιο, ώστε

ln β 20 2

e 2β 1

Όμως

22β 03β 3ββ 0 3β 0 e 1 e 2β 1 0 ln β 2 0 β 2 1 β 1,

άτοπο, διότι το β είναι κοντά στο 0

Άρα το ζητούμενο όριο δεν υπάρχει.

α) Θεωρούμε τη συνάρτηση

3xg x e 2x 1,x R

Για κάθε ¡ §1 2

x ,x με 1 2

x x έχουμε:

1 2

1 2

3x 3x3x 3x1 2

1 2 1 2

1 2 1 2

3x 3x e ee 2x 1 e 2x 1 g x g x

2x 2x 2x 1 2x 1

Άρα η g είναι γνησίως αύξουσα στο R

Επίσης

0g 0 e 0 1 0

Άρα για

x 0 g x g 0 0 g x 0

x 0 g x g 0 0 g x 0

Υποθέτουμε ότι υπάρχει 0 α 1 τέτοιο, ώστε

x 0limf x

Τότε θα ισχύει:

x 0x 0 α 1

x 0

x 0

1lim ln x α

lim f x g x lnα lnα 0

και και και και ,άτοπο!

lnα 0lim f x lnα1lim ln x α

g x

Επίσης για α 1είναι:

Για καθηγητές

Page 4: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

0

0

3x 3x 3xx 0 x 0 x 0 x 0 x 03x

1ln x 1ln x 1 1 1x 1limf x lim lim lim lim

5e 2x 1 3e 2 x 1 3e 2e 2x 1

Άρα δεν υπάρχει α 0 για το οποίο

x 0limf x

β) Για α 1είναι

3x

ln x 1f x ,x 1,x 0

e 2x 1

Ισχύουν οι γενικές σχέσεις:

lnx x 1,για κάθε x 0 1 (με την ισότητα να ισχύει μόνο για x 1)

και

xe x 1,για κάθε x 2R (με την ισότητα να ισχύει μόνο για x 0 )

Η σχέση 1 για x το x 1 δίνει:

ln x 1 x ,για κάθε x 0

Η σχέση 2 για x το 3x δίνει:

3xe 3x 1,για κάθε x 0

Άρα για x 0έχουμε:

3x 3x

3x

0 ln x 1 xln x 1 x ln x 1 x 1

f x1 1 5e 3x 1 e 2x 1 5x 0 05xe 2x 1

Page 5: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Το ζητούμενο όριο γράφεται:

3x 3x 3xx 0 x 0 x 0 x 0

ln(x 2) 1 1lim lim ln(x 2) lim ln(x 2) lim

e 2x 1 e 2x 1 e 2x 1.

Είναι:

x 0

lim ln(x 2) ln(0 2) ln2 0 .

Έστω η συνάρτηση: 3xf(x) e 2x 1, x R .

Για κάθε 1 2

x , x R με 1 2

x x , έχουμε:

1 23x 3x

1 23x 3x e e και

1 22x 2x .

Οπότε,

1 2 1 23x 3x 3x 3x

1 2 1 2 1 2e 2x e 2x e 2x 1 e 2x 1 f(x ) f(x ) ,

δηλαδή η f είναι γνησίως αύξουσα, Οπότε έχει μοναδική ρίζα την 3 0f(0) e 2 0 1 0 .

Ακόμη η f είναι συνεχής ως άθροισμα των συνεχών συναρτήσεων 3x

1f (x) e και

2

f (x) 2x 1. Άρα, διατηρεί πρόσημο σε καθένα από τα διαστήματα ( ,0) και (0, ) .

Έχουμε τον εξής πίνακα:

ΔΙΑΣΤΗΜΑ ( ,0) (0, )

ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ: 0x 1 1

0f(x ) 3

3

1e 2 1 3 0

e 3 3e 2 1 e 1 0

ΠΡΟΣΗΜΟ ΤΗΣ f

Επίσης, ισχύει:

3x 0

x 0lim e 2x 1 e 1 0 .

Οπότε, έχουμε,

3x

x 0

1lim

e 2x 1 και

3x

x 0

1lim

e 2x 1.

Επομένως, είναι:

3xx 0

ln(x 2)lim ln2 ( )

e 2x 1 και

3xx 0

ln(x 2)lim ln2 ( )

e 2x 1.

Συνεπώς, παρατηρούμε ότι ισχύει:

3x 3xx 0 x 0

ln(x 2) ln(x 2)lim lim

e 2x 1 e 2x 1.

Άρα, το

3xx 0

ln(x 2)lim

e 2x 1 δεν υπάρχει.

Λύνει ο Νίκος Ελευθερίου

Για μαθητές

Page 6: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Tο πεδίο ορισμού της

ln(x 2)

e 2x 1είναι το 2,0 (0, ) αφού για 3χf(x) e 2x 1είναι

3χf (x) 3e 2 0

Άρα f < στο Rδηλ. για x 0 f(x) f(0) 0 ενώ για x 0 f(x) f(0) 0 .

Δηλαδή το όριο είναι καλά ορισμένο. Άρα

3χ 3xx 0 x 0

1 ln(x 2)lim lim

e 2x 1 e 2x 1

και

3x 3xx 0 x 0

1 ln(x 2)lim lim

e 2x 1 e 2x 1

επειδή

x 0lim(ln(x 2)) ln2 0 .

Άρα το όριο δεν υπάρχει.

α) Για α 1είναι

x 0limln x α lnα 0 και από την προηγούμενη λύση ισχύει

3x 3xx 0 x 0

1 ln(x α)lim lim

e 2x 1 e 2x 1.

Όμοια

3x 3xx 0 x 0

1 ln(x α)lim lim

e 2x 1 e 2x 1.

Άρα το όριο δεν υπάρχει.

Για 0 α 1 είναι

x 0limln x α lnα 0 και ισχύουν

3xx 0

ln(x α)lim

e 2x 1,

3xx 0

ln(x α)lim

e 2x 1.

Άρα το όριο δεν υπάρχει.

Για α 1το όριο είναι α.μ. 0

0και με de L’ H. ισούται με

3xx 0

1 1lim

5(3e 2)(x 1).

Δηλ. δεν υπάρχει α 0 με την απαίτηση της άσκησης.

Λύνει ο Κώστας Δεββές

Για μαθητές

Για καθηγητές

Page 7: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

β) Αρκεί ισοδύναμα να αποδείξω ότι (είναι 3xe + 2x -1 > 0 x > 0 )

3x 3x

3x

ln(x 1) 1e 2x 1 5ln(x 1) e 2x 5ln(x 1) 1

5e 2x 1.

Θέτω

3xφ(x) e 2x 5ln(x 1) με x 0

Είναι φ(0) 1και

3x 5φ (x) 3e 2

x 1με φ (0) 0 και

3x

2

5φ (x) 9e 0

(x 1).

Δηλαδή

φ <στο 0,

άρα για x 0 φ (x) φ (0) 0 φ <στο 0, άρα φ(x) φ(0) 1 x 0ο.ε.δ.

Page 8: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Θεωρώ την συνάρτηση 3xf x e 2x 1 , x R

Η f είναι παραγωγίσιμη ως αποτέλεσμα πράξεων παραγωγίσιμων συναρτήσεων με:

3xf x 3e 2 0 για κάθε x R

Επομένως αφού είναι συνεχής στο R και f x 0 για κάθε x R η f είναι γνησίως

αύξουσα στο R

Έτσι έχουμε:

f

x 0 f x f 0 f x 01

f

x 0 f x f 0 f x 0 1

Για x 0 έχουμε:

3x

x 0 x 0

ln x 2 1lim lim ln x 2

f xe 2x 1

αφού

x 0lim f x 0 και f x 0 για κάθε x 0 και επομένως

x 0

1lim

f x

ενώ

x 0limln x 2 ln2 0

Για x 0 έχουμε:

3x

x 0 x 0

ln x 2 1lim lim ln x 2

f xe 2x 1

αφού

x 0lim f x 0 και f x 0 για κάθε x 0 και επομένως

x 0

1lim

f x

ενώ

x 0limln x 2 ln2 0

Eπομένως το ζητούμενο όριο δεν υπάρχει αφού τα δυο πλευρικά όρια δεν είναι ίσα.

Λύνει ο Αντώνης Συκιώτης

Για μαθητές

Page 9: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Η συνάρτηση 3xh x e 2x 1 είναι γνησίως αύξουσα άρα έχει μοναδική ρίζα το 0

Για κάθε x 0 έχουμε:

3x 3x

ln x 2ln x 2 x

e 2x 1 e 2x 1

x

1

Το όριο

3x

x 0

e 2x 1lim

x είναι της μορφής

0

0 και

3x

3x

x 0 x 0

e 2x 1lim lim 3e 2 5

x

Επομένως από το θεώρημα DLH έχουμε ότι:

3x

x 0

e 2x 1lim 5

x

Επίσης

x 0 x 0

ln x 2 1lim lim ln x 2

x x

Άρα από την σχέση 1 έχουμε ότι:

3x 3x

x 0 x 0

ln x 2ln x 2 xlim lim

e 2x 1 e 2x 1

x

Για κάθε x 0 έχουμε:

3x 3x

ln x 2ln x 2 x

e 2x 1 e 2x 1

x

1

Το όριο

3x

x 0

e 2x 1lim

x είναι της μορφής

0

0 και

3x

3x

x 0 x 0

e 2x 1lim lim 3e 2 5

x

Επόμένως από το θεώρημα DLH έχουμε ότι:

3x

x 0

e 2x 1lim 5

x

Λύνει ο Ανδρέας Πάτσης

Για μαθητές

Page 10: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Επίσης

x 0 x 0

ln x 2 1lim lim ln x 2

x x

Άρα από την σχέση 1 έχουμε ότι:

3x 3x

x 0 x 0

ln x 2ln x 2 xlim lim

e 2x 1 e 2x 1

x

Αφού τα πλευρικά όρια στο 0 είναι διαφορετικά το όριο στο 0 της συνάρτησης

3x

ln x 2

e 2x 1 δεν υπάρχει.

Page 11: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Θέτω 3xh(x) e 2x 1 , x .R Η h < R ως άθροισμα γνησίως αυξουσών συναρτήσεων.

Συνεπώς x 0 3xh(x) 0 e 2x 1 0 (1) , x 0 3xe 2x 1 0 (2) .

Επίσης η συνάρτηση φ(x) = ln(x 2) , x 2 είναι συνεχής στο 2, ως σύνθεση συνεχών

συναρτήσεων.

Επόμενα

3x

x 0

ln(x 2)lim

e 2x 1=

3x

x 0

1lim ln(x 2)

e 2x 1=

διότι

x 0limln(x 2) ln2 0 ,

3x

x 0

1lim

e 2x 1 από (1).

΄Ομοια

3x

x 0

ln(x 2)lim

e 2x 1=

3x

x 0

1lim ln(x 2)

e 2x 1= ,

διότι

x 0limln(x 2) ln2 0 ,

3x

x 0

1lim

e 2x 1 από (2).

΄Αρα δεν υπάρχει το

3xx 0

ln(x 2)lim

e 2x 1 .

α) Θέτω 3xh(x) e 2x 1 , x .R Τότε 3xh (́x) 3e 2 0 οπότε h < R .

Συνεπώς x 0 3xh(x) 0 e 2x 1 0 (1) , x 0 3xe 2x 1 0 (2) .

Επίσης η συνάρτηση φ(x) = ln(x α) , x α είναι συνεχής στο α, ως σύνθεση

συνεχών συναρτήσεων.

Εάν α = 1

x 0limf(x)=

3xx 0

ln(x 1)lim( )

e 2x 1

0

0

3xx 0

11x 1lim( )53e 2

.

Εάν α > 1

x 0lim f(x) =

3x

x 0

ln(x α)lim

e 2x 1=+ από (1).

x 0lim f(x) =

3x

x 0

ln(x α)lim

e 2x 1=- από (2).

Λύνει ο Τάκης Καταραχιάς

Για μαθητές

Για καθηγητές

Page 12: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Επόμενα δεν υπάρχει το x 0

limf(x) .

Εάν 0 < α < 1

x 0lim f(x) =

3x

x 0

ln(x α)lim

e 2x 1=από (1).

x 0lim f(x) =

3x

x 0

ln(x α)lim

e 2x 1=+ από (2).

Επόμενα δεν υπάρχει το x 0

limf(x) .

΄Αρα δεν υπάρχει τιμή του α για την οποία ισχύει x 0

limf(x) - .

β) ΄Εστω g(x) ln(x 1) x,x 0 . Τότε

1 xg (́x) 1 0

x 1 x 1 για x 0 .

Επόμενα g 0,> .

Συνεπώς x 0 g(x) g(0) 0 ln(x 1) x 0 0 ln(x 1) x (3).

Επίσης για 3xx 0 e 1 0 , οπότε αν θέσω στην (3) όπου x το 3xe -1 προκύπτει ότι :

3x 3x 3x 3x

3x

1 1lne e 1 3x 1 e e 2x 1 5x 0 0

5xe 2x 1(4).

Από τις σχέσεις (3) και (4) προκύπτει ότι 1

f(x)5

για κάθε x 0.

Page 13: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

α)

Για α 1 έχω ln x α 0

Έχω για x 0 ,

x 0

3x 3xe 1 0 e 1 2x 0 ... f x 1lim

Και για x 0 τότε

x 0

3x 3xe 1 0 e 1 2x 0 ... f x 2lim

Από (1) και (2) δεν υπάρχει το x 0

limf x

Ομοίως για α 1 δεν υπάρχει το x 0

limf x

Για α 1 αποδεικνύεται εύκολα με DLH ότι το x 0

limf x =0

β)

Από την σχέση xe x 1 για κάθε x 0 έχω

3x 3xe 3x 1 e 2x 1 5x 0

3x 3x

1 1 ln(x 1) ln(x 1)

5x 5xe 2x 1 e 2x 1(3)

και από την σχέση

ln(x 1) 1ln(x 1) x

5x 5

Άρα

3x

ln(x 1) 1

5e 2x 1

Λύνει ο Ευσταθιος Φρέσκος

Για καθηγητές

Page 14: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Έχουμε ìx 0

limln(x + 2) = ln2 > 0 . Έστω 3χφ(x) e 2x 1 .

Επειδή 3xφ (x) 3e 2 0 και φ συνεχής, άρα η φ είναι γνησίως αύξουσα. Οπότε:

Αν φ

x > 0 φ(x) > φ(0) φ(x) > 0 <

δηλ. 3x

x 0

1lim

e 2x 1

άρα x 0lim f(x)

.

Αν φ

x 0 φ(x) φ(0) φ(x) 0 <

δηλ.3x

x 0

1lim

e 2x 1

άρα x 0limf(x)

Επομένως δεν υπάρχει το x 0limf(χ)

α) Για α > 1 έχουμε ότι: x α x 1 ln(x α) ln(x 1) και για x > 0 x 0lim f(x)

και x 0limf(x)

(από την προηγούμενη άσκηση).

Ομοίως για α < 1 επειδή x 0limln(α x) lnα 0

, αφού 0 < α < 1 οπότε και πάλι τα πλευρικά

όρια είναι διαφορετικά.

Τέλος για α = 1 με κανόνα De L΄Hospital βρίσκουμε ότι το x 0

1limf(x)

5

β) Για x 0 x 1 1 ln(x 1) ln1 ln(x 1) 0

Παίρνω την παράγωγο της f και έχω:

3x 3x

3x 2

1(e 2x 1) (e 2)ln(x 1)

x 1f (x)(e 2x 1)

.

Θέτω

3x 3x1g(x) (e 2x 1) (e 2)ln(x 1)

x 1

και βρίσκω την παράγωγο που είναι:

3x 3x 3x 3x

2

3x 3x

2

1 1 1g (x) (e 2x 1) (3e 2) (3e 2) 3e ln(x 1)

x 1 x 1(x 1)

1 (e 2x 1) 3e ln(x 1) 0

(x 1)

Λύνει ο Γιώργος Ασημακόπουλος

Για μαθητές

Για καθηγητές

Page 15: Η Ασκηση της Ημέρας

___________________________________________________________________________ 6η ΑΣΚΗΣΗ η άσκηση της ημέρας από το http://lisari.blogspot.gr σχ. έτος 2016-΄17

Άρα g γνησίως φθίνουσα οπότε για x > 0 θα έχουμε g (x) < 0 δηλαδή και f (x) 0

άρα η f είναι γνησίως φθίνουσα .

Όμως xlimf(x) 0

και x 0

1limf(x)

5 άρα ισχύει

1f(x)

5 για κάθε x > 0