Beispiele zu Funktionsgrenzwerten

Beispiel 5319A

Ausgehend von der Definition von limx(1+1x)x=e\lim_{x\rightarrow\infty}{\braceNT{1+\dfrac 1 x}}^x=\e erhalten wir mit der Substitution x=1ax=\dfrac 1 a:
lima0(1+a)1/a=e{\lim_{a\rightarrow 0}} {({1+a})^{1/a}}=\e
und wenn wir auf beiden Seiten logarithmieren ergibt sich
lima0ln(1+a)a=1\lim_{a\rightarrow 0} \dfrac {\ln(1+a)} a=1.
Mit einer weiteren Substitution b=ea1b=\e^a-1 erhalten wir den Grenzwert
limb0beb1=1\lim_{b\rightarrow 0} \dfrac {b} {\e^b-1}=1,
den wir auch als
limx0ex1x=1\lim_{x\rightarrow 0} \dfrac {\e^x-1} {x} =1
schreiben können.

Beispiel 5319B

Um den Grenzwert limx0sinxx\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac {\sin x} x zu bestimmen, machen wir zuerst eine Vorüberlegung.
limsinx.png
Für x[0,π2[x\in [0,\dfrac \pi 2[ entnimmt man der Skizze sofort die Gültigkeit der Ungleichung
sinxxtanx\sin x\leq x\leq \tan x.
Damit gilt dann aber sinxxsinxcosx\sin x\leq x\leq \dfrac {\sin x}{\cos x} und für x>0x>0 erhalten wir cosxsinx1x1sinx\dfrac {\cos x}{\sin x}\leq \dfrac 1 x\leq \dfrac 1{\sin x} und nach Multiplikation mit sinx\sin x erhalten wir folgende Ungleichung cosxsinxx1\cos x\leq \dfrac {\sin x} x\leq 1.
Mit dem Grenzübergang ergibt sich:
1=limx+0cosx1=\lim_{x\rightarrow +0}\cos x limx+0sinxx1\leq \lim_{x\rightarrow +0}\dfrac {\sin x} x\leq 1,
was nichts anderes bedeutet, als dass der gesuchte Grenzwert 11 ist.
Bei diesen Überlegungen haben wir eigentlich nur den rechtsseitigen Grenzwert bestimmt, man kann jedoch analoge Überlegungen auch für x<0x<0 durchführen; mithin gilt also:
limx0sinxx=1\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac {\sin x} x=1.
 
 

Es gibt keinen Königsweg zur Mathematik.

Euklid

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