limiet

Moderators: dirkwb, Xilvo

Gebruikersavatar
Berichten: 997

limiet

Het is lang geleden dat ik nog met limieten ben beziggeweest. Nu zit ik toch verveeld met eentje:
\(\lim_{x \to 0} {\left(\frac{1}{x}\right)}^{\sin x}\)
Dat deze limiet aan de rechterkant 1 is lijkt me evident. Als ik echter het antwoord vraag aan Maple of Wolframalpha, geven die ook voor de linkerzijde hetzelfde antwoord 1.

Ik vraag me af of deze limiet (of eenvoudiger de limiet
\(\lim_{x \to 0^{-}} x^x\)
) aan de linkerzijde uberhaupt kàn bestaan? Aangezien, indien we
\(x \in \mathcal{R}\)
nemen, de functie
\(x^x\)
slechts gedefinieerd is voor negatieve rationale getallen waarbij de noemer een oneven getal is.

Iemand die hier duidelijkheid kan scheppen?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: limiet

Jekke schreef: wo 20 nov 2013, 17:12
\(\lim_{x \to 0} {\left(\frac{1}{x}\right)}^{\sin x}\)
Schrijf de macht als een e-macht ...
Ik vraag me af of deze limiet (of eenvoudiger de limiet
\(\lim_{x \to 0^{-}} x^x\)
) aan de linkerzijde uberhaupt kàn bestaan? Aangezien, indien we
\(x \in \mathcal{R}\)
nemen, de functie
\(x^x\)
slechts gedefinieerd is voor negatieve rationale getallen waarbij de noemer een oneven getal is.
Inderdaad kan je alleen positieve x bekijken!

Gebruikersavatar
Berichten: 997

Re: limiet

Safe schreef: wo 20 nov 2013, 17:36
Schrijf de macht als een e-macht ...

Inderdaad kan je alleen positieve x bekijken!
Ik begrijp hoe ik de limiet
\(\lim_{x \to 0^{+}} {\left(\frac{1}{x}\right)}^{\sin x}=\cdot\cdot\cdot=1\)
moet uitwerken.

Mijn vraag is echter of de limiet
\(\lim_{x \to 0^{-}} {\left(\frac{1}{x}\right)}^{\sin x}\)
bestaat? Volgens Maple en WolframAlpha bestaat deze wel degelijk. Volgens u dus niet, kunt u hier wat meer uitleg bij geven?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: limiet

De functie f(x)=a^x is alleen gedefinieerd voor a>0 en x reëel.

Er ontstaan problemen bij a<=0, bv (-2)^(1/2)

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: limiet

Ik denk dat maple dan waarschijnlijk met complexe getallen werk ipv reële, dan is de functie wel gedefinieert voor alle negatieve x.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: limiet

Waarom kijk je naar (bv) Maple? Je kan toch gemakkelijk nagaan dat er 1 uit moet komen of ...

Gebruikersavatar
Berichten: 997

Re: limiet

Dat klopt. Dat kan je gemakkelijk nagaan. Echter als je niet erg bedreven bent in het berekenen van limieten kan het soms handig zijn een pakket te hebben als maple om je berekeningen te verifiëren.

Ik vermoedde ook dat de linkerlimiet niet bestaat. Ik twijfelde echter omdat de functie
\({\left(\frac{1}{x}\right)}^{\sin x}\)
wel gedefinieerd is voor alle negatieve rationale getallen met een oneven noemer. Dit is echter geen interval en dus is de limiet niet gedefinieerd.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: limiet

Ik bedoel, vul bv voor x=.001 in, en ook x=10^(-6) ...

Maar hoe ga je verder ... ?

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: limiet

Safe schreef: do 21 nov 2013, 21:09
Ik bedoel, vul bv voor x=.001 in, en ook x=10^(-6) ...

Maar hoe ga je verder ... ?
Ik denk dat de TS wel begrijpt hoe je een limiet uitrekent, maar zich vooral afvraagt waarom die softwarepakketten een resultaat geven voor de linkerlimiet, die in R niet bestaat.

De reden hiervoor is dat x^x wel gedefinieerd is voor negatieve getallen in C, het softwarepakket rekent deze limiet dus waarschijnlijk uit in de complexe getallen.

Afbeelding

Dit is de grafiek voor x^x waarbij de rode curve het complexe deel is en de blauwe het reële deel is. Men kan zien als men de limiet in het punt nul neemt, het complexe deel 0 wordt en het reële deel 1 wordt.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: limiet

Flisk schreef: zo 24 nov 2013, 15:33
Ik denk dat de TS wel begrijpt hoe je een limiet uitrekent,


Het gaat niet om 'uitrekenen' maar om benaderen ...

Wat pakketten als bv Maple doen is belangrijk als je weet hoe dit plaats vindt.

Ik heb al aangegeven dat a<=0 niet mogelijk is in de functie a^x met x als reëel getal ... , wat te denken bv van a^(-1) a=0?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: limiet

Safe schreef: zo 24 nov 2013, 23:13
Ik heb al aangegeven dat a<=0 niet mogelijk is in de functie a^x met x als reëel getal ... , wat te denken bv van a^(-1) a=0?

Opmerking moderator

Dat is nog steeds geen antwoord op de vraag van TS: waarom geeft Maple wél een getal als uitkomst voor de linkse limiet? Als je weet waarom, geef dat dan even duidelijk aan zou ik zeggen. Als bijv. het idee van Flisk klopt, bevestig dat dan bijv.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: limiet

Ik heb het volledige antwoord gevonden, zoals Safe al gezegd had, de linker limiet bestaat niet voor reële getallen.

De reden waarom Maple toch een oplossing geeft is, zoals ik al vermoedde, omdat Maple standaard de complexe oplossingen weergeeft. Zie o.a. volgende link hoe dit te verkomen:

http://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=UserManual%2fChapter04#restrictingthedomain

Voer maar eens volgende cmd's in:

with(RealDomain); limit(x^x, x = 0);

Nu krijg je undefined als antwoord.

Doe daarna:

restart; limit(x^x, x = 0);

en je krijgt 1 als antwoord.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: limiet

Blijkens dit bericht van de moderator heb ik je vraag niet begrepen, dus nu aan jou de vraag of je tevreden bent met mijn aanwijzingen dat alleen de rechterlimiet bestaat. Dit ondanks de schijn, via de grafiek, dat ook de linkerlimiet bestaat ...

Gebruikersavatar
Berichten: 997

Re: limiet

Inderdaad vraag ik me af waarom de softwarepakketten zoals maple een antwoord geven. Let op dat maple geen numeriek pakket is maar een computeralgebra pakket. Anderzijds weet ik (wat maple zelf ook toegeeft) dat maple bij het commando limit in bepaalde gevallen de mist ingaat.

Ik heb intussen zelfs ontdekt dat in maple het commando limit(x^x,x=0,real) eveneens 1 als uitkomst geeft.

Anderzijds, terzijde genomen dat ik begrijp dat
\(a^x\)
voor
\(a<0\)
en
\(x\)
reëel niet gedefinieerd is, vraag ik me toch nog af of die linkerlimiet toch niet te definieren valt. Beschouw dat
\(a^x\)
wel gedefinieerd is voor
\(a<0\)
en
\(x=1/p\)
met p een oneven getal, als zijnde
\(-\left({\left(-{a}\right)}^{x}\right)\)
en
\(-\left({\left(-\frac{1}{a}\right)}^{-x}\right)\)
voor
\(p\)
negatief.

Definieren we dan
\(f:D \rightarrow R:x \mapsto x^x\)
met
\(D=\left\{ \left. \frac{-1}{p}\right|p \text{ oneven} \right\}\)
. Aangezien elke eindige omgeving van
\(x=0\)
een punt bevat van
\(D\)
, is het correct het bestaan van de limiet van
\(f\)
in
\(x=0\)
te onderzoeken. Het is nu zo dat voor elke
\(\epsilon>0\)
er een
\(\delta>0\)
bestaat zodanig dat voor elke
\(x \in D\)
met
\(0<|x|< \delta\)
geldt
\(0<|f(x)-1|< \epsilon\)
. Beschouw bvb
\(\epsilon={\left(\frac{-1}{t}\right)}^{\left(\frac{-1}{t}\right)}\)
met
\(t\ge 3\)
, dan voldoet
\(\delta>t\)
; andere gevallen voor
\(\epsilon\)
zijn eenvoudig te behandelen.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: limiet

Maple maakt inderdaad wat fouten bij het berekenen van limieten.

limit(x^x,x=0,real) zal niet werken, de reden hiervoor is waarschijnlijk (gokje) omdat Maple het argument wel als reëel beschouwt, maar de uitkomst nog altijd complex weergeeft.

with(RealDomain); limit(x^x, x = 0,right);

geeft 1


with(RealDomain); limit(x^x, x = 0,left);

geeft undefined.

Deze twee resultaten kloppen dan wel weer.

Maar bij bijvoorbeeld

with(RealDomain); limit(x^x, x = -1/5);

geeft Maple als resultaat: -5^(1/5).

Terwijl de functie x^x niet gedefinieerd is voor negatieve x element van R.

De functie zou men uiteraard kunnen definiëren voor negatieve x element van Q zolang de noemer oneven is of de teller even. We noemen x^x niet gedefinieerd voor negatieve x uit handigheid lijkt me. Ik vermoed dat als we alle negatieve x waarden waarvoor x^x wel bestaat, ook op de grafiek plotten, we wel een curve krijgen, maar dan met oneindig veel gaten (die je trouwens niet kan zien). Misschien dat Safe hierover zekerheid kan brengen.

Maple kent de 'afspraak' dat x^x niet bestaan voor negatieve x niet en zal hierdoor waarschijnlijk vaak in de fout gaat.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Reageer