Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Введение в мат. анализ

.pdf
Скачиваний:
209
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
3.23 Mб
Скачать

51

3.2)

 

,

нечетное,

 

 

 

.

Графики функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства

:

,

 

 

 

 

; нечетная; строго на ; не ограничена; не

периодическая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3)

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

. Графики функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства

:

четное

,

 

; общего вида; строго

на ;

ограничена снизу; не периодическая.

 

 

 

 

 

нечетное

 

,

; нечетная; строго

на

и строго

на

; не ограничена; не периодическая.

 

 

 

 

4)

иррациональное число:

 

.

 

 

 

4.1)

,

. Графики функций:

 

 

 

 

Свойства

:

,

; общего вида; строго на ; ограничена

снизу; не периодическая.

 

4.2)

,

. Графики функций:

52

Свойства

:

,

; общего вида; строго на ; ограничена

снизу; не периодическая.

 

 

Замечание. Частным случаем степенной функции является тождественная функция

. Обозначение тождественной функции: . Таким образом:

.

3. Показательная функция:

,

 

 

фиксированное число:

 

.

 

Для любой показательной функции

выполняется равенство:

.

График показательной функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства

:

,

 

; общего вида; ограничена снизу; не

периодическая; если

, то

 

строго

на ; если

, то

строго на .

4. Логарифмическая функция:

 

,

 

 

 

фиксированное число:

 

 

.

 

 

Для любой логарифмической функции

выполняется равенство:

.

График логарифмической функции:

 

 

 

 

Логарифмическая функция является обратной к показательной функции:

53

.

График логарифмической функции можно получить из графика показательной функции симметричным отражением относительно биссектрисы 1-го и 3-го координатных углов.

Свойства

:

,

; общего вида; не ограничена; не периодическая;

если

, то

строго на

; если

, то

строго

на .

 

5. Тригонометрические функции:

 

,

,

,

.

1) функции:

,

.

Графики этих функций:

 

Свойства

:

,

 

 

; нечетная; ограничена; периодическая с

 

;

строго

на

 

 

 

 

,

; строго на

 

 

,

.

 

 

 

 

Свойства

:

,

 

 

; четная; ограничена; периодическая с

;

строго

на

 

 

 

, ; строго

на

, .

 

2) функции:

,

 

 

. Графики этих функций:

 

 

54

Свойства

:

 

 

 

 

 

 

,

 

; нечетная; не ограничена;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

периодическая с

; строго на

 

 

 

 

 

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства

:

 

,

 

 

; нечетная; не ограничена; периодическая

с

; строго

на

, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Обратные тригонометрические функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция

 

строго монотонна

на промежутке

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

Следовательно, сужение функции на этот промежуток

имеет обратную функцию

 

, которая называется

арксинус

. Обозначение:

или

.

 

 

 

Функция

 

строго монотонна

на промежутке

.

 

Следовательно, сужение функции на этот промежуток

имеет обратную функцию

 

, которая называется

арккосинус .

Обозначение:

или

.

 

Функция

 

строго монотонна

на промежутке

 

 

 

.

 

 

 

 

Следовательно, сужение функции на этот промежуток

имеет обратную функцию

 

, которая называется

арктангенс .

Обозначение:

или

.

 

 

 

Функция

 

строго монотонна

на промежутке

.

 

Следовательно, сужение функции на этот промежуток

имеет обратную функцию

 

, которая называется

арккотангенс

. Обозначение:

или

.

 

Таким образом, определены обратные тригонометрические функции:

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

,

 

 

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Графики этих функций получаются из графиков тригонометрических функций симметричным отражением относительно биссектрисы 1-го и 3-го координатных углов.

1) : 2) :

55

Свойства

:

,

 

 

 

; общего вида; ограничена; не

 

 

периодическая;

строго

на .

 

 

 

 

Свойства

:

,

 

 

; общего вида; ограничена; не

периодическая;

строго

на .

 

 

 

 

3)

:

 

 

 

 

 

Свойства

:

,

 

 

 

; общего вида; ограничена; не

 

 

периодическая;

строго

на .

 

 

 

 

4)

:

 

 

 

 

 

Свойства

:

,

; общего вида; ограничена; не

периодическая; строго

 

на .

 

56

Обратные тригонометрические функции связаны следующими соотношениями:

, .

§8. Классы элементарных функций.

Понятие сложной функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть заданы функции:

 

 

 

 

и

, т.е.

 

 

 

 

и

.

Тогда определена «сквозная» функция:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, т.е.

 

 

 

 

 

 

 

«функция от функции».

Функция

 

 

называется сложной функцией, являющейся композицией (суперпозицией)

функций

 

 

и . Обозначение:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом

 

 

называется внутренней функцией, а

 

 

 

 

внешней функцией композиции.

Если рассмотреть композицию функций в другом порядке:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, т.е.

 

 

 

 

,

 

то получаем сложную функцию

 

 

 

 

. Здесь

 

 

 

 

внутренняя, а

внешняя

функция композиции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

внешняя функция, а

 

 

 

 

 

внутренняя функция.

2)

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

внутренняя функция, а

 

 

 

 

 

внешняя функция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

внешняя функция, а

 

 

 

 

 

внутренняя функция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

внутренняя функция, а

 

 

 

 

 

внешняя функция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

внешняя функция, а

 

 

 

внутренняя функция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

внутренняя функция, а

 

 

 

 

 

внешняя функция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

 

 

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

внешняя функция, а

 

 

 

 

 

внутренняя функция.

8)

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

внутренняя функция, а

 

 

 

 

 

 

 

внешняя функция.

57

Замечание. Если область определения

функции

и (или) область значений

функции

не заданы, то для корректного определения сложной функции нужно

следить за выполнением условия:

 

, т.е.

.

 

 

 

 

 

 

Например, если

,

 

 

, то сложная функция

вообще нигде не определена.

 

 

 

 

 

Если две функции взаимно-обратны, то их композиция равна тождественной

функции:

 

и

 

 

 

 

,

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

или иначе:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Например:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

;

 

;

 

 

 

 

,

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Композиция функций иногда может быть выражена и через другие функции.

Например:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Сложная функция может быть композицией не только 2-х, но и 3-х, 4-х и т.д.

функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

композиция 3-х функций,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

композиция 4-х функций и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

Например:

 

 

 

 

 

 

 

 

композиция 3-х функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

,

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

композиция 5-ти функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

,

 

 

,

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классы элементарных функций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение. Функция

 

 

 

 

называется элементарной, если она получена из

основных элементарных функций (

 

) с помощью конечного числа действий сложения,

вычитания, умножения, деления и композиций этих функций.

Наиболее важные из элементарных функций объединены в классы. Основные классы элементарных функций:

-многочлены (целые рациональные функции);

-дробно - рациональные функции;

-алгебраические функции;

-трансцендентные функции.

58

Определение. Многочленом (целой рациональной функцией) степени

 

называется функция вида:

 

, где

,

, , …,

действительные числа,

.

 

В частности, многочленами являются:

 

 

- постоянная функция

многочлен нулевой степени;

 

- линейная функция

 

многочлен первой степени;

 

- квадратичная функция

 

многочлен второй степени.

 

Многочлен представляет собой сумму постоянной функции и степенных функций с натуральными показателями и с произвольными коэффициентами. Поэтому любой многочлен может быть задан с помощью конечного числа действий сложения, вычитания и умножения.

Композиция многочленов также является многочленом.

Определение. Рациональной (дробно - рациональной) функцией называется отношение 2-х многочленов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, где

,

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Многочлен является частным случаем рациональной функции при

 

.

В частности, рациональной функцией являются дробно-линейные функции:

 

 

,

,

 

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Любая рациональная функция

 

может быть задана с помощью конечного

числа действий сложения, вычитания, умножения и деления.

Композиция рациональных функций также является рациональной функцией.

Определение. Алгебраической функцией называется любая элементарная функция, которая может быть задана с помощью конечного числа действий сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень с целым показателем и извлечения корня (т.е. возведения в степень с дробным показателем).

Таким образом, в записи алгебраической функции могут встретиться и радикалы , т.е. иррациональные выражения.

Композиция алгебраических функций также является алгебраической функцией. Рациональная функция является частным случаем алгебраической функции. Примеры алгебраических функций:

;

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение. Любая элементарная функция, которая не является алгебраической,

называется трансцендентной.

59

В частности, любая показательная, логарифмическая, степенная с иррациональным показателем, тригонометрическая и обратная тригонометрическая функции являются

трансцендентными функциями.

Всевозможные композиции этих функций также могут быть трансцендентными функциями.

Примеры трансцендентных функций:

,

 

,

 

.

 

 

Ктрансцендентным функциям относятся также гиперболические функции:

-гиперболический синус,

-гиперболический косинус,

- гиперболический тангенс и

 

- гиперболический котангенс.

 

Таким образом, любая элементарная функция относится либо к классу

алгебраических, либо к классу трансцендентных функций.

В математическом анализе кроме элементарных функций встречаются и функции, которые не являются элементарными. К их числу относятся функции:

-(знак числа),

-(целая часть числа),

-(дробная часть числа),

-(функция Дирихле) и многие другие.

Неэлементарность этих функций будет доказана в следующих главах.

Кроме того, все функции вида:

 

как правило, не являются

 

 

 

элементарными.

 

 

Например, функция:

не элементарна (график этой

функции приведен в §4). Но встречаются среди таких функций и исключения.

Например, функция модуль числа:

если

является элементарной, т.к.

если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

является композицией элементарных функций

 

 

и

.

 

 

 

 

60

Глава 3. Предел последовательности.

Содержание

§ 1.

Понятие предела последовательности………………………………..

61

§ 2.

Простейшие свойства.. ………………………………………………………..

64

§ 3.

Бесконечно малые величины.……………………………………………..

65

§ 4. Свойства бесконечно малых величин..…………………………………

66

§ 5. Арифметические действия с пределами..……………………………

68

§ 6.

Бесконечно большие величины..…………………………………………

71

§7. Неопределенные выражения ..……………………………………………. 74

§8. Свойства пределов, связанные с неравенствами.………………. 77

§9. Монотонные последовательности………………………..…………….. 80

§ 10. Общий признак сходимости.. ……………………………………………… 83

§ 11. Дополнение…………………………………………………………………………… 84

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]