Теория пределов и нейросети. Практикум

Николай Морозов Теория пределов и нейросети. Практикум

Глава 1

Теория пределов является фундаментальной частью математического анализа и играет ключевую роль в понимании концепций производной и интеграла. Если по существу, то предел функции описывает ее поведение, когда аргумент функции стремится к определенному значению.

Решению практических задач и выполнению практических заданий по нахождению пределов функций традиционными методами и с помощью нейросетей и посвящена данная книга.

1.Выполнение практических заданий

1. Найти предел функции f(x) = (x^2 +1)/( x^2 – 1) при x стремящегося к бесконечности.

Нейросеть Маша (СhatGPT-4)

Чтобы найти предел функции ( f(x) = \frac{x^2 + 1}{x^2 – 1} ) при ( x ) стремящемся к бесконечности, можно выполнить следующие шаги:

Разделим числитель и знаменатель на ( x^2 ): [ f(x) = \frac{x^2 + 1}{x^2 – 1} = \frac{1 + \frac{1}{x^2}}{1 – \frac{1}{x^2}} ]

При ( x \to \infty ), члены ( \frac{1}{x^2} ) стремятся к 0: [ f(x) \to \frac{1 + 0}{1 – 0} = \frac{1}{1} = 1 ]

Таким образом, предел функции ( f(x) ) при ( x ) стремящемся к бесконечности равен:

[\lim_{x \to \infty} f(x) = 1]. Ответ: 1.

Традиционное решение

lim (x->к бесконечности)f(x)= lim (x->к бесконечности)(x^2 +1)/( x^2 – 1)=

= lim (x->к бесконечности)(x^2/x^2 + 1/x^2)/( x^2/x^2 – 1/x^2)I числитель и знаменатель функции делим на x^2 I= (1 + 0)/(1 – 0) = 1/1 = 1. Ответ: 1.

2.Найти предел функции f(x) = 4x +2x^2 при x стремящемся к 1.

Нейросеть Маша (СhatGPT-4)

Чтобы найти предел функции \( f(x) = 4x + 2x^2 \) при \( x \) стремящемся к 1, подставим 1 в функцию:

\[f(1) = 4(1) + 2(1)^2 = 4 + 2 = 6\]

Таким образом, предел функции:

\[\lim_{x \to 1} f(x) = 6\].Ответ: 6.

3.Найти предел функции f(x) = (x^2 – 3x +2)/( 2x^2 – 5x +2) при x стремящемся к 2.

Нейросеть Маша (СhatGPT-4)

Чтобы найти предел функции \[f(x) = \frac{x^2 – 3x + 2}{2x^2 – 5x + 2}\]

при \( x \) стремящемся к 2, сначала подставим 2 в функцию:

\[f(2) = \frac{2^2 – 3(2) + 2}{2(2^2) – 5(2) + 2} = \frac{4 – 6 + 2}{8 – 10 + 2} = \frac{0}{0}\]

При подстановке получаем неопределенность \( \frac{0}{0} \). Необходимо упростить выражение.

Разложим числитель и знаменатель на множители:

1. Числитель: \( x^2 – 3x + 2 = (x – 1)(x – 2) \).

2. Знаменатель: \( 2x^2 – 5x + 2 = (2x – 1)(x – 2) \).

Теперь подставим в предел:

\[f(x) = \frac{(x – 1)(x – 2)}{(2x – 1)(x – 2)}\]

Сократим \( (x – 2) \):\[f(x) = \frac{x – 1}{2x – 1}\]

Теперь найдем предел, подставив \( x = 2 \):

\[\lim_{x \to 2} f(x) = \frac{2 – 1}{2(2) – 1} = \frac{1}{4 – 1} = \frac{1}{3}\]

Таким образом, предел функции равен:

\[\lim_{x \to 2} f(x) = \frac{1}{3}\].Ответ: 1/3.

Традиционное решение

lim (x->2)f(x)= lim (x->2)(x^2 – 3x+2)/( 2x^2 – 5x +2)= lim (x->2)((x – 1)(x – 2)/( 2x – 1)(x – 2)) =

= I числитель и знаменатель функции сокращаем на (x -2) I= (x – 1)/(2x – 1) = 1/3. Ответ: 1/3.

4.Найти предел функции f(x) = ((1+x)^(1/2) – (1- x)^(1/2))/3x при x стремящемся к 0.

Нейросеть Маша (СhatGPT-4)

Чтобы найти предел функции \[f(x) = \frac{\sqrt{1+x} – \sqrt{1-x}}{3x}\]

при \( x \) стремящемся к 0, подставим 0 в функцию:

\[f(0) = \frac{\sqrt{1+0} – \sqrt{1-0}}{3 \cdot 0} = \frac{1 – 1}{0} = \frac{0}{0}\]

При подстановке получаем неопределенность \( \frac{0}{0} \). Чтобы решить это, применим метод умножения на сопряженное выражение:

Умножим числитель и знаменатель на \( \sqrt{1+x} + \sqrt{1-x} \):

\[f(x) = \frac{(\sqrt{1+x} – \sqrt{1-x})(\sqrt{1+x} + \sqrt{1-x})}{3x(\sqrt{1+x} + \sqrt{1-x})}\]

В числителе получаем:

\[(\sqrt{1+x})^2 – (\sqrt{1-x})^2 = (1+x) – (1-x) = 2x\]

Таким образом, выражение становится:

\[f(x) = \frac{2x}{3x(\sqrt{1+x} + \sqrt{1-x})} = \frac{2}{3(\sqrt{1+x} + \sqrt{1-x})}\]

Теперь можем найти предел:

\[\lim_{x \to 0} f(x) = \frac{2}{3(\sqrt{1+0} + \sqrt{1-0})} = \frac{2}{3(1 + 1)} = \frac{2}{6} = \frac{1}{3}\]

Таким образом, предел функции равен:

\[\lim_{x \to 0} f(x) = \frac{1}{3}\]/.Ответ: 1/3.

Традиционное решение

lim (x->0)f(x)= lim (x->0)((1+x)^(1/2) – (1- x)^(1/2))/3x)= lim (x->0)(1 + x – 1 + x )/3x((1+x)^(1/2) + (1- x)^(1/2)) = I числитель и знаменатель функции умножаем на (1+x)^(1/2) + (1- x)^(1/2)I = 2/(3(1+1)) = 1/3. Ответ: 1/3.

5.Найти предел функции f(x) = (1 – cosx)/5x^2 при x стремящемся к 0.