Logga in
Denna lektion förklarar konceptet med gränsvärden och lim i matematik. Gränsvärden används för att bestämma vad funktionsvärdet närmar sig när x-värdet går mot ett specifikt tal eller mot oändligheten. Gränsvärden skrivs med hjälp av lim, en förkortning av det latinska ordet limes (gräns). Gränsvärden kan beräknas direkt om funktionen är kontinuerlig för det x-värde som sätts in. Om funktionen är odefinierad för det värde som x går mot, måste gränsvärdet undersökas på andra sätt, till exempel numeriskt eller genom omskrivningar av uttrycket.
| | 11 sidor teori |
| | 22 Uppgifter - Nivå 1 - 3 |
| | Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet. |
Vissa funktioner är odefinierade för specifika x-värden, vilket gör att man inte kan bestämma funktionsvärdet just där. Exempelvis kan man inte bestämma funktionsvärdet då x=2 för den rationella funktionen f(x)= 5xx-2 eftersom nämnaren är lika med 0 då. Men vad händer med funktionsvärdet om man kommer väldigt nära x=2? Detta är en typ av fråga som man kan besvara med hjälp av så kallade gränsvärden.
I den här lektionen går vi igenom följande begrepp:
Betrakta följande funktion. f(x) = x^2-16/x-4 Denna funktion är inte definierad vid x = 4, eftersom nämnaren blir 0 vid den punkten. Den givna grafen, tillsammans med värdetabellen, visar hur funktionsvärdena beter sig när x närmar sig 4 — både från värden som är något mindre än 4 och från värden som är något större än 4. En cirkel på grafen markerar punkten där x = 4.
Tänk nu på följande frågor.
I koordinatsystemet visas grafen till funktionen f(x)=5-9^(.1 /x.). Om man testar olika x-värden kan man se att funktionsvärdet verkar närma sig y-värdet 4 då x blir större och större.
lim, en förkortning av det latinska ordet limes (gräns). Nedanför lim skriver man vad x går mot genom att använda en pil. Därefter skriver man funktionsuttrycket samt vad gränsvärdet är.
Vilka av följande påståenden om gränsvärden är sanna? A.& Omxgår mot ett specifikt tal är gränsvärdet det & y-värde funktionen närmar sig. B.&Gränsvärde är alltid samma sak som funktionsvärde. C.& Gränsvärdet för funktioneny=2x-1närxgår mot & 5är9skrivs lim _(x=5) (2x-1) → 9. D. &Omx → ∞så är gränsvärdet oändligt stort. E.& Gränsvärden kan användas för att ange vilket värde ett &rationellt uttryck går mot för ett givetx-värde för vilket &funktionen ej är definierad.
Sant, detta är i princip definitionen av ett gränsvärde.
Falskt. Ett funktionsvärde tillhör alltid en funktions värdemängd. Ett gränsvärde liknar ett funktionsvärde men det tillhör inte nödvändigtvis funktionens värdemängd. Exempelvis är gränsvärdet lim _(x→ ∞) (5-9^(.1 /x.)) = 4, men funktionen närmar sig bara detta värde: det kommer aldrig bli 4.
Falskt. I påståendet står det att x ska gå mot 5, inte vara lika med 5 som det står i notationen. I notationen står det också att gränsvärdet går mot 9, vilket är fel eftersom ett gränsvärde inte är "rörligt" utan alltid lika med någonting. Slutsatsen är alltså att pilen och likhetstecknet ska byta plats, så det istället står lim _(x→ 5) (2x-1) = 9.
Falskt. Vi visade exempelvis att gränsvärdet för f(x)=5-9^(.1 /x.) då x → ∞ var 4, vilket inte är detsamma som oändligheten.
Sant. Istället för att bara konstatera att exempelvis g(x)= x^2-4x-2 är odefinierad för x=2 kan man i vissa fall använda gränsvärden för att ta reda på vad funktionen närmar sig för detta x.
Vi sammanfattar svaren i en tabell.
| Påstående | S/F |
|---|---|
| A | S |
| B | F |
| C | F |
| D | F |
| E | S |
Det finns två olika fall då man säger att gränsvärden saknas, eller inte existerar.
Man säger då att vänstergränsvärdet lim _(x → 5^-)f(x) är 1 och högergränsvärdet lim _(x → 5^+)f(x) är 3. Eftersom de är olika innebär det att gränsvärdet inte existerar för f(x) när x→ 5.
Att bestämma ett gränsvärde med numerisk metod innebär att man provar sig fram till vad gränsvärdet för en funktion är när den går mot ett specifikt x-värde. Exempelvis kan gränsvärdet lim _(x→ 1) x^2+4x-5/x-1 bestämmas med denna metod.
| x | 0,9 | 0,99 | 0,999 | → 1 |
|---|---|---|---|---|
| x^2+4x-5/x-1 |
Sedan beräknar man funktionsvärdet för x-värdena. Första värdet blir 0,9^2+4 * 0,9-5/0,9-1= 5,900 och sedan fortsätter man på samma sätt.
| x | 0,9 | 0,99 | 0,999 | → 1 |
|---|---|---|---|---|
| x^2+4x-5/x-1 | 5,900 | 5,990 | 5,999 | → 6 |
Funktionsvärdet verkar närma sig 6, så man kan skriva går mot 6
i sista kolumnen.
| x | 1,1 | 1,01 | 1,001 | → 1 |
|---|---|---|---|---|
| x^2+4x-5/x-1 | 6,100 | 6,010 | 6,001 | → 6 |
Bestäm följande gränsvärde numeriskt. lim_(x→ 2)x^2-5x+6/x-2
| x | 1,9 | 1,99 | 1,99 | → 2 |
|---|---|---|---|---|
| x^2-5x+6/x-2 | - 1,1 | -1,01 | -1.001 | → -1 |
Det vänstra gränsvärdet är -1, eftersom funktionens värde närmar sig -1 när x-värdena närmar sig 2 från vänster. Använd sedan en liknande metod för att bestämma det högra gränsvärdet genom att välja värden som är något större än 2.
| x | 2,1 | 2,01 | 2,001 | → 2 |
|---|---|---|---|---|
| x^2-5x+6/x-2 | - 0,9 | -0,99 | -0,999 | → -1 |
Både det vänstra och det högra gränsvärdet närmar sig -1, så funktionens gränsvärde när x närmar sig 2 är -1. lim_(x→ 2)x^2-5x+6/x-2 = -1
En vanlig algebraisk metod för att bestämma ett gränsvärde är att förenkla funktionsuttrycket så att man kan sätta in
värdet på x. Man kan exempelvis bestämma gränsvärdet lim _(x→ 2) x^2 -4/x-2
med denna metod.
Skriv som potens
Faktorisera med konjugatregeln
Förkorta med (x-2)
Nu är uttrycket förenklat så långt som möjligt och nämnaren har förkortats bort, vilket var målet.
Bestäm följande gränsvärde algebraiskt. lim_(x → -3)x^2 + x - 6/x + 3
Använd pq-formeln: p = 1, q= -6
(a/b)^c=a^c/b^c
Beräkna potens
a-(- b)=a+b
a = 4* a/4
Addera bråk
sqrt(a/b)=sqrt(a)/sqrt(b)
Beräkna rot
Ange lösningar
(I), (II): Addera och subtrahera termerna
Nollställena till täljaren är x = 2 och x = -3, så täljaren kan skrivas på faktoriserad form enligt följande. (x - 2)(x - (-3)) = (x - 2)(x + 3) Ersätt täljarens faktoriserade form i funktionsuttrycket och förenkla.
x^2 + x - 6= (x - 2)(x + 3)
Förkorta med x+3
Uttrycket är nu helt förenklat. Nästa steg är att beräkna gränsvärdet genom att ersätta varje x i funktionsuttrycket med -3.
Gränsvärdet av x^2 + x - 6x + 3 när x → -3 är -5.
Ett sätt att beräkna gränsvärden för rationella funktioner bygger på principen att division med en stor nämnare ger en kvot som ligger väldigt nära 0. T.ex. är 1100 000 000 000 000=0,00000000000001. När ett bråks nämnare går mot oändligheten kommer därför bråkets värde att gå mot 0. Man kan t.ex. använda detta för att bestämma gränsvärdet lim _(x→ ∞) x^2+52x^2-3x.
Förkorta med x^2
Dela upp bråk
Förenkla kvot
Gränsvärdet för x^2+52x^2-3x då x → ∞ är alltså 12.
Bestäm gränsvärdet för följande uttryck när x går mot oändligheten. lim_(x → ∞)5x^2 + 3x + 1/2x^2 -x
Förkorta med x^2
Dela upp bråk
Förenkla kvot
När uttrycket har skrivits om, kan man se att både x och x^2 växer utan gräns när x går mot oändligheten. Som ett resultat går termerna 3x, 1x^2 och 1x alla mot 0. Eftersom dessa termer blir noll i gränsvärdet, är det de kvarvarande konstanterna som avgör uttryckets slutgiltiga värde, vilket nu kan beräknas.
x → ∞
Addera och subtrahera termerna
Gränsvärdet för 5x^2 + 3x + 12x^2 - x när x → ∞ är 52.
Bestäm gränsvärdet. lim _(x→ ∞)(8x^7+3/2(5-4x^7))^(666)
Vi börjar med att multiplicera in tvåan i nämnaren. Därefter förkortar vi bråket med den potens som har högst grad, i det här fallet x^7.
Om man nu låter x gå mot oändligheten kommer både 3x^7 och 10x^7 att gå mot 0 eftersom nämnarna blir större och större medan täljarna är konstanta.
Gränsvärdet är alltså 1.
Ge ett exempel på en funktion, f(x), som är odefinierad för x=-4 och där lim _(x→ -4)f(x)=8.
Vi börjar med ett uttryck som inte är definierat när x=-4. Man får aldrig dela med 0 så vi skapar ett bråk där nämnaren är 0 om x=-4. Ett exempel är 1/x+4. Vad händer nu om x närmar sig -4? Vi gör en tabell där vi beräknar funktionsvärdet för x väldigt nära -4.
| x | -3,99 | -3,999 | -3,9999 | → -4 |
|---|---|---|---|---|
| 1x+4 | 100 | 1000 | 10 000 | → ∞ |
Funktionsvärdet verkar gå mot oändligheten, och alltså inte 8. Ett sätt att säkerställa att ett gränsvärde existerar är att se till att man kan förkorta det rationella uttrycket så att kvoten blir definierad för x=-4. Det kan vi göra genom att ha faktorn (x+4) även i täljaren: lim _(x→ -4)x+4/x+4 = lim _(x→ -4) 1 = 1. Nu existerar det ett gränsvärde, men det är inte 8. Det kan man lösa genom att multiplicera x+4x+4 med 8. Ett exempel på en funktion som uppfyller villkoren är alltså f(x)=8(x+4)/x+4.
Att 0 < a < 1 betyder att a är ett decimaltal mellan 0 och 1 och höjer man upp ett sådant tal med en positiv exponent blir värdet mindre än a. Vi visar för några x-värden med en potens där a är ett decimaltal mellan 0 och 1, exempelvis 0,5^x.
| x | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,5^x | 0,5 | 0,25 | 0,125 | 0,0625 | 0,03125 |
Värdet minskar desto större x man sätter in i potensen. Dock kommer en potens med positiv bas aldrig bli noll eller negativ oavsett hur stort x man sätter in. Istället planar den ut längs med x-axeln som grafen nedan.
Detta betyder att när x→ ∞ så går funktionsvärdet mot noll, dvs. gränsvärdet är lim _(x→∞) f(x)=0. Vad händer om x går mot - ∞, dvs. om vi sätter in negativa x-värden i exponenten? Potenser med negativ exponent kan skrivas om enligt regeln a^(- b)=1/a^b. Som vi redan visat går a^x mot noll när 0 < a < 1 och delar vi 1 med ett tal som ligger nära noll blir kvoten stor. Om då x→ - ∞ så närmare sig nämnaren 0 och kvoten 1a^x går då mot oändligheten. Detta betyder att gränsvärdet lim _(x→ -∞) f(x) inte existerar.
När a > 1 så växer a^x ju större x-värden man sätter in. Vi visar för några x-värden med en potens där a är ett tal större än 1, exempelvis 1,2^x.
| x | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,2^x | 1,2 | 1,44 | 1,73 | 2,07 | 2,49 |
Värdet ökar desto större x man sätter in i potensen precis som i nedanstående graf.
Detta betyder att när x → ∞ så kommer även funktionsvärdet gå mot oändligheten, dvs. gränsvärdet lim _(x→ ∞) f(x) existerar inte. Vad händer då när x→ - ∞? Som förklarats tidigare kan a^(- b) skrivas om som 1a^b. När x går mot - ∞ kommer nämnaren i bråket 1a^x bli väldigt stor vilket betyder att kvoten går mot 0. Eftersom kvoten går mot noll går även funktionsvärdet mot noll vilket innebär att gränsvärdet är lim _(x→ - ∞) f(x)=0.
Vad är definitionsmängden för funktionen f(a) = lim _(x → a) x^2 - a^2/x - a? A& a > 0 B& a≥ 3 C& a≠ 1 D& Allaa
Det kan till en början vara svårt att avgöra vad definitionsmängden är för f(a), men om vi förenklar funktionsuttrycket blir det lättare att se vilka a som är tillåtna. Funktionsuttrycket lim _(x → a) x^2 - a^2/x - a är ett gränsvärde där x går mot a. Om vi provar att direkt sätta in a får vi nolldivision, vilket inte är tillåtet, så vi måste skriva om uttrycket för att beräkna gränsvärdet. Täljaren går att faktorisera med konjugatregeln, och gör vi det kan vi förkorta bort nämnaren.
Det går nu bra att sätta in a för att bestämma gränsvärdet.
Funktionsuttrycket kan alltså förenklas till 2a, vilket ger att f(a) = 2a. Här kan vi sätta in vilket a som helst, så definitionsmängden för f(a) är alla a.
Uttrycket anger det funktionsvärde som e^x+7 närmar sig när x går mot 0. Eftersom funktionen är definierad i x=0 får vi gränsvärdet genom att sätta in x=0 i uttrycket.
När x går mot 0 närmar sig funktionen 8.
Här är det inte lika enkelt att hitta gränsvärdet. Men fundera på vad som händer om x är väldigt stort, säg 1 000 000. Då kommer 4x bli mycket större än 9. Det betyder att 9:an blir försumbar när x→∞ och kan därför plockas bort.
Gränsvärdet är lika med 2.
Man kan även förkorta bråket med x.
När x går mot oändligheten kommer nämnaren i .9 /x. bli väldigt stor. Det betyder att .9 /x. går mot 0.
Gränsvärdet är 2.