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$\lim_{x\to 0}\frac{\sin 3x+A\sin 2x+B\sin x}{x^5}$ sin la regla de L Hospital o expansión de la serie

Si $$f(x)=\frac{\sin 3x+A\sin 2x+B\sin x}{x^5},$$ $x\neq 0$, is continuous at $x=0$, then find $a,B$ and $f(0)$. No utilice expansión de la serie o de L Hospital de la regla.

Como $f(x)$ es continua en a $x=0$,por lo tanto su límite en $x=0$ debe ser igual a su valor.
Tenga en cuenta que esta pregunta es para ser resuelto sin la expansión de la serie o de L Hospital de la regla,

He tratado de encontrar el límite de $\lim_{x\to 0}\frac{\sin 3x+A\sin 2x+B\sin x}{x^5}$
$\lim_{x\to 0}\frac{\sin 3x+A\sin 2x+B\sin x}{x^5}=\lim_{x\to 0}\frac{3\sin x-4\sin^3x+2A\sin x\cos x+B\sin x}{x^5}=\lim_{x\to 0}\frac{3-4\sin^2x+2A\cos x+B}{x^4}\times\frac{\sin x}{x}$
$=\lim_{x\to 0}\frac{3-4\sin^2x+2A\cos x+B}{x^4}$
Como el denominador es cero,de modo que el numerador tiene que ser cero,en fin, el límite para ser finito.
Por eso, $3+2A+B=0. (1)$

Lo intenté, pero no pude obtener la segunda ecuación entre la $A$$B$. Estoy atrapado aquí. ¿Cómo puedo seguir?

9voto

Mario G Puntos 10576

Usando funciones trigonométricas identites tenemos\begin{align} 3-4\sin^2 x+2A\cos x+B&=4(1-\sin^2 x)+2A\cos\left(2\cdot\frac{x}{2}\right)+B-1\\ &=4\cos^2\left(2\cdot\frac{x}{2}\right)+2A\cos\left(2\cdot\frac{x}{2}\right)+B-1\\ &=4\left(1-2\sin^2\frac{x}{2}\right)^2+2A\left(1-2\sin^2 \frac{x}{2}\right)+B-1\\ &=16\sin^4\frac{x}{2}-16\sin^2\frac{x}{2}-4A\sin^2\frac{x}{2}+2A+B+3\\ &=16\sin^4\frac{x}{2}-4(A+4)\sin^2\frac{x}{2}+2A+B+3\\ \end{align} para hacer el límite finito debemos tener $$A+4=0\quad\text{and}\quad 2A+B+3=0\qquad\iff\qquad \color{blue}{A=-4}\quad\text{and}\quad \color{blue}{B=5}$ $ tomando los valores obtenemos\begin{align} \lim_{x\to 0}\frac{\sin 3x\color{blue}{-4}\sin 2x+\color{blue}{5}\sin x}{x^5}&=\left(\lim_{x\to 0}\frac{16\sin^4\frac{x}{2}}{x^4}\right)\left(\lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x}\right)\\ &=\left(\lim_{x\to 0}\frac{\sin \frac{x}{2}}{\frac{x}{2}}\right)^4\left(1\right)\\ &=\color{blue}{1} \end {Alinee el} ya que es continuo en $f$ $0$ sigue $f(0)=1$.

3voto

Jeff Puntos 4795

El primer paso es correcto, usted necesita $3+2A+B=0$ para la función a converger. Vamos a sustituir $B=-3-2A$ en la función original. Ellos se han

$$ f(x)=\frac{\sin(3x)+\sin(2x)+(-3-2A)\sin(x)}{x^5} $$

El uso de la suma de ángulos fórmulas: $$ \sin(3x)=\sin(x)\cos(2x)+\cos(x)\sin(2x)=\sin(x)(\cos^2(x)-\sin^2(x))+2\sin(x)\cos(x)^2. $$ Ahora, usando el estándar de trig identidad, $\sin^2(x)=1-\cos^2(x)$. Por lo tanto, $$ \sin(3x)=4\sin(x)\cos(x)^2-\sin(x) $$

También el uso de la suma de ángulos fórmulas: $$ \sin(2x)=2\sin(x)\cos(x) $$

Sustituyendo en la función original, tenemos $$ f(x)=\frac{4\sin(x)\cos^2(x)-\sin(x)+2A\sin(x)\cos(x)-3\sin(x)-2A\sin(x)}{x^5}. $$ Mediante la combinación de los términos con $A$ y los que no, tenemos $$ f(x)=\frac{4\sin(x)(\cos^2(x)-1)+2A\sin(x)(\cos(x)-1)}{x^5}=\frac{\sin(x)}{x}\cdot\frac{4(\cos^2(x)-1)+2A(\cos(x)-1)}{x^4} $$ Factorización de una diferencia de cuadrados, el numerador se convierte en $$ f(x)=\frac{\sin(x)}{x}\cdot\frac{4(\cos(x)-1)(\cos(x)+1)+2A(\cos(x)-1)}{x^4}$$ Factorización de nuevo, tenemos $$f(x)=\frac{\sin(x)}{x}\cdot\frac{\cos(x)-1}{x^2}\cdot\frac{4(\cos(x)+1)+2A}{x^2} $$

Observar que $$ \lim_{x\rightarrow 0}\frac{\cos(x)-1}{x^2}=\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\cos(x)-1}{x^2}\cdot\frac{\cos(x)+1}{\cos(x)+1}=\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\cos^2(x)-1}{x^2(\cos(x)+1)} $$ Luego, usando el estándar de identidades trigonométricas, conseguimos que este límite es igual a $$ \lim_{x\rightarrow 0}\frac{-\sin^2(x)}{x^2(\cos(x)+1)}=\lim_{x\rightarrow 0}\left(\frac{\sin(x)}{x}\right)^2\frac{-1}{\cos(x)+1}, $$ que podemos ver tiene un límite de $-\frac{1}{2}$.

Continuando a partir de aquí, usted también necesita el numerador a desaparecer para el límite de existir debido a que el denominador se desvanece. En otras palabras, $\lim_{x\rightarrow 0}4(\cos(x)+1)+2A=8+2A$ debe $0$, lo $A=-4$. Después de la sustitución, toda la fórmula se convierte en $$f(x)=\frac{\sin(x)}{x}\cdot\frac{\cos(x)-1}{x^2}\cdot\frac{4(\cos(x)-1)}{x^2} $$ Sustituyendo los valores que hemos calculado el límite como $$ \lim_{x\rightarrow 0}f(x)=1\cdot\left(-\frac{1}{2}\right)\cdot\left(-\frac{4}{2}\right)=1. $$

1voto

user74973 Puntos 137

\begin{align*} f(x) &= \frac{\sin(3x) + A\sin(2x) + B\sin{x}}{x^{5}} \\ &= \frac{(-4\sin^{3}x + 3\sin{x}) + 2A\sin{x}\cos{x} + B\sin{x}}{x^{5}} \\ &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{-4\sin^{2}x + 3 + 2A\cos{x} + B}{x^{4}} \\ &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{-4\sin^{2}x + 3 + 2A\cos{x} + B}{x^{4}} \\ &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{4(1 - \sin^{2}x) - 1 + 2A\cos{x} + B}{x^{4}} \\ &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{-4(1 - \cos^{2}x) + 3 + 2A\cos{x} + B}{x^{4}} . \end{align*} la función dada se define en $0$ si y sólo si, $3 + 2A + B = 0$. Así, $B = -3 - 2A$ y \begin{align*} f(x) &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{-4(1 - \cos^{2}x) - 2A(1 - \cos{x})}{x^{4}} \\ &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{1 - \cos{x}}{x^{2}} \cdot \frac{-4 - 2A - 4\cos{x}}{x^{2}} . \end{align*} una vez más, la función dada se define en $0$ si y sólo si, $-4 - 2A -4 = 0$. Así, $A = -4$ $B = 5$ y \begin{align*} f(x) &= \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{1 - \cos{x}}{x^{2}} \cdot \frac{4(1 - \cos{x})}{x^{2}} \\ &= 4 \cdot \frac{\sin{x}}{x} \cdot \frac{1 - \cos{x}}{x^{2}} \cdot \frac{1 - \cos{x}}{x^{2}} . \end{align*} % así, $\lim_{\scriptscriptstyle{x\to0}} f(x) = 1$.

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