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Im Folgenden eine Rechnung zu den Grenzwerten:

Aufgabe 3: Grenzwertberechnung

Berechnen Sie \( \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left[\left(\frac{x+1}{3 x+2}\right)^{x^{2}}\right] \).

Lösung:

\( \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left[\left(\frac{x+1}{3 x+2}\right)^{x^{2}}\right]=\exp \left\{\lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left[\frac{\ln (x+1)-\ln (3 x+2)}{\frac{1}{x^{2}}}\right]\right\} \)

\( \begin{array}{l} \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left[\frac{\ln (x+1)-\ln (3 x+2)}{\frac{1}{x^{2}}}\right] \rightarrow \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left(\frac{\frac{1}{x+1}-\frac{3}{3 x+2}}{-\frac{2}{x^{3}}}\right) \rightarrow \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left[\frac{3 x+2-x-1}{-\frac{2}{x^{3}} *(3 x+2)(x+1)}\right] \\ \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left(\frac{2 x+1}{\left.-\frac{6 x^{2}+10 x+4}{x^{3}}\right)} \rightarrow \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left(\frac{2 x^{4}+x^{3}}{-6 x^{2}-10 x-4}\right) \rightarrow \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left(\frac{8 x^{3}+3 x^{2}}{-12 x-10}\right) \stackrel{D}{\rightarrow} \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left(\frac{24 x^{2}+6 x}{-12}\right)\right. \\ \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left(\frac{24 x^{2}+6 x}{-12}\right)=-\infty \\ \rightarrow \lim \limits_{x \rightarrow \infty}\left[\left(\frac{x+1}{3 x+2}\right)^{x^{2}}\right] = 0 \end{array} \)

In der zweiten Lösungszeile wird der Zähler ausmultipliziert, schon hier wird bei mir der Zähler und Nenner negativ und somit komme ich auf ein positives Unendlich und zwar -6x/-12...


Könnte es jemand durchrechnen und schauen, auf welches Ergebnis ihr kommt?

Noch eine Frage: Als Ergebnis in der Musterlösung steht "minus unendlich", dann wird auf darauf verwiesen, dass der Gesamtausdruck gegen null läuft, hier fehlt mir irgendwie die Verbindung?

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2 Antworten

+1 Daumen

in der zweiten Lösungszeile wird der Zähler ausmultipliziert, schon hier
wird bei mir der Zähler und Nenner negativ und somit komme ich
auf ein positives Unendlich und zwar -6x/-12... 
???

Hier der Rechenweg in der 2.Zeile bis zu deinem Fragezeichen

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Avatar von 123 k 🚀

Danke für die Antworten!

Soweit ist alles klar... in der zweiten Zeile komme ich im Zähler auf "3x+2-3x-3" und nicht auf das was in der Musterlösung steht "3x+2-x-1" !?

Schönen Gruß

Dein Einwand ist berechtigt. Das sehe ich auch so.

Es muß nicht
3x+2-( x + 1 )
3x+2- x - 1

sondern
3x + 2-  3 * (x+1)
3x+2 - 3x - 3
heißen

Mit diesen Zahlen komme ich dann auf, lim positiv unendlich...

Nö.

Zu der Aufgabe läßt sich folgendes sagen :
1.) es ist ein Rechenfehler vorhanden. Dadurch
wären nur noch 2 Umstellungen erforderlich.

2.) Angenommen das Ergebnis wäre - ∞.
( der letzte rote Term ist  allerdings nicht lesbar )

dann wird auf darauf verwiesen, dass der Gesamtausdruck gegen
null läuft, hier fehlt mir irgendwie die Verbindung?

Es wurde zuerst der Term in eine Exponentialfunktion umgewandelt und
mit Hilfe von l´Hospital festgestellt das der Exponent bei x −> ∞
gegen -∞  geht. Dies Ergebnis eingesetzt ergäbe : e^{-∞} = 0

3.) Eigentlich dürfte es viel einfacher gehen.

Bild Mathematik


mfg Georg

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Im 2. Ausdruck steht ja exp(...) Das soll die Funktion f(x) = e^x sein.
Von der nächsten Zeile an wird nur noch der Exponent von dem e betrachtet.
Und wenn bei e^x das gegen -unendlich geht, dann geht der gesamte Ausdruck gegen Null.

Das ist der klassische Fall einer Grenzwertbestimmung mit dem Satz von d' Hospital.
Avatar von 289 k 🚀

Hallo Mathef,

ich muß einen Teilaspekt nochmals hervorkramen.

Das ist der klassische Fall einer Grenzwertbestimmung  mit dem
Satz von d' Hospital.

x^2 * ln ( ( x + 1 ) / (  3*x + 2 ) )

lim x −> ∞ [ x^2 ]  −> ∞
lim x −> ∞ [ ln ( ( x + 1 ) / (  3*x + 2 ) ) ]  −> [ ln ( 1/ 3 ) ] = - 1.1

Es geht nur 1 Faktor des Produkts gegen ∞.  l ´ Hospital dürfte nicht
anwendbar sein. Und braucht es dann auch nicht.

lim x −> ∞ [ x^2 * ln ( ( x + 1 ) / (  3*x + 2 ) ) ]  −> [ x^2 * ln ( 1/ 3 ) ]
-> - 1.1 * ∞ = - ∞

Na ja, es ging ja um das Verständnis der Musterlös.

Da machen die doch aus dem Exponenten

(ln(x+1) - ln(3x+2) )    /     1/x^2

und für x gegen unendlich ist das doch der Fall 0 / 0 .

Und dann machen die ja auch wirklich mit D'Hospital weiter und kommen

auf GW des Exponenten ist -unendlich und damit der

Gesamtgrenzwert 0

Sonderlich pfiffig ist das wohl nicht, aber ich denke auch

nicht falsch.

und für x gegen unendlich ist das doch der Fall 0 / 0 .

Nö.

Der Zähler hat bei x −> ∞ den Wert ln( 1/3 )

Polynomdivision
x + 1 : 3x + 2 = 1/3 + 1 /( 9x+6)
Auch hier bestätigt sich der Grenzwert 1/3.
bzw. dann ln ( 1/ 3)

O, da hast du recht. War ich irgendwie verwirrt.

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