- •Приклади послідовностей.
- •4.1.5. Число е
- •4.1.8. Лема про вкладені відрізки
- •4.1.9. Частинні послідовності
- •4.1.10. Теорема Бореля
- •Теорема 13. Сума скінченного числа нескінченно малих послідовностей є нескінченно мала послідовність.
- •4.1.13. Теореми про границі
- •4.2.2. Ліва та права границі функції
- •Графічна ілюстрація
Теорема 13. Сума скінченного числа нескінченно малих послідовностей є нескінченно мала послідовність.
Доведення.
Нехай xn,
yn
— нескінченно малі послідовності.
Доведемо, що їх сума zn = xn + yn
є нескінченно мала послідовність.
Візьмемо довільне
> 0. Оскільки
,
знайдеться число N,
таке що при
виконуватиметься нерівність
.
Аналогічно, знайдеться число N2,
таке що при
виконуватиметься
.
Візьмемо число
.
При
справджуються обидві нерівності
,
.
Тому
,
тобто
.
Це
означає, що
.
З ауваження. Сума нескінченно великого числа нескінченно малих послідовностей може і не бути нескінченно малою.
П
ослідовність
— нескінченно мала, але нескінченна
сума цих послідовностей не є нескінченно
малою.
Теорема 14. Добуток нескінченно малої послідовності на обмежену є нескінченно мала послідовність.
Доведення.
Нехай
послідовність хn
— нескінченно мала, а послідовність уn
— обмежена, тобто при всіх n
виконується нерівність
.
Візьмемо довільне
.
Тоді знайдеться номер N,
такий що при всіх
виконується нерівність
.
Далі маємо:
;
.
Це
означає, що
.
П
ослідовність
— нескінченно мала, а послідовність
— обмежена, тому послідовність
є нескінченно малою.
Теорема
15. Якщо
хn
— нескінченно велика послідовність,
то
— нескінченно мала послідовність.
Доведення.
Візьмемо довільне
.
Тоді знайдеться число N
таке, що при
виконується
нерівність
.
Оцінимо величину уn:
.
Отже,
,
що означає
.
Теорема
16. Якщо
хn
— нескінченно мала послідовність і
,
то послідовність
є нескінченно великою.
Доведення аналогічне попередньому.
,
оскільки
.
З ауваження. Нескінченно велику (малу) послідовність називають також нескінченно великою (малою) величиною.
4.1.13. Теореми про границі
Теорема 17. Для того щоб послідовність хn мала границю а, необхідно і достатньо, щоб хn = а + уn, де уn — нескінченно мала послідовність.
Доведення.
Необхідність.
Нехай
.
Візьмемо довільне число
.
Завжди знайдеться число N
таке, що при
виконується нерівність
.
Позначимо
.
Для послідовності уn
виконується нерівність
.
Це означає, що
.
Достатність.
Нехай уn
— нескінченно мала послідовність.
Візьмемо довільне число
.
Для нього знайдеться число N,
таке що при
виконується нерівність
.
Звідси випливає
.
Це й означає, що
.
Теорема 18. Якщо послідовності xn і yn збігаються, а також
;
,
то
послідовності xn
+ yn,
xnyn,
const xn,
також збігаються і виконуються наведені
далі рівності.
1.
—
границя суми послідовностей дорівнює сумі їх границь, якщо вони існують.
2.
—
границя добутку послідовностей дорівнює добутку їх границь, якщо вони існують.
3.
—
сталий множник можна винести за знак границі.
4.
.
Границя
відношення двох послідовностей дорівнює
відношенню границь послідовностей,
якщо вони існують і
.
Доведення.
1. Якщо
і
,
то за теоремою 17
,
де
— нескінченно малі величини. Додаючи
почленно дві останні рівності, маємо:
.
Сума двох нескінченно малих величин є величина нескінченно мала. Отже, підкреслений вираз є нескінченно малою величиною, а це означає, що
.
2. Розглянемо добуток
.
Маємо:
— добуток
обмеженої величини на нескінченно малу
— є величина нескінченно мала.
— добуток двох нескінченно малих величин
є нескінченно мала величина.
Тоді з теореми 17 випливає, що
.
3. Наслідок із 2, якщо yn = const.
4. Покладемо для визначеності b > 0. Розглянемо дріб
.
Починаючи
з деякого номера N,
виконується нерівність
.
У цьому разі
.
Отже,
величина
— обмежена. Тоді
як добуток обмеженої величини на
нескінченно малу є нескінченно малою
величиною.
Отже, з теорем 14 і 17 маємо:
З найти
.
4.1.14. Границя відношення двох многочленів
Правило:
.
.
4.1.15. Добування квадратного кореня
Розглянемо послідовність
,
.
(1)
Припустимо,
що
,
.
Переходячи до границі рекурентних
відношень, дістаємо:
або
.
Доведемо,
що
Нехай . Перетворимо вираз
.
З
умови
випливає нерівність
.
Тому
.
(2)
Маємо нерівність
.
Після
перетворень дістаємо:
або
.
Послідовність
(1) монотонно спадає та обмежена знизу,
тому існує
.
Із оцінки
маємо нерівність
,
із якої випливає, що
Отже,
,
де
.
О
бчислити
.
Запишемо послідовність (1)
Дістанемо відповідь з точністю до 5-го знака:
.
4.2. ГРАНИЦЯ ФУНКЦІЇ
4.2.1. Поняття границі функції
Означення.
Нехай х0(а,
b)
і функція у
= f(x)
визначена на інтервалі (а, b)
за винятком, можливо, точки х0.
Якщо для будь-якої збіжної послідовності
хn
(
,
)
існує
,
то говорять, що функція
має границю А
при
.
Позначення:
Інше означення границі функції дав Коші:
Означення. (Коші) |
Границею
функції
випливає |
Позначення:
Графічна ілюстрація:
Рис. 4.4
Пояснення. Для всіх х, що містяться поруч із точкою х = а, значення функції f(х) лежать біля А.
Д овести за означенням границі функції, що
.
Застосовуємо означення границі, коли f(x) = 5x – 3, a = 1, A = 2.
Згідно з означенням потрібно показати, що для будь-якого > 0 існує > 0, таке що для всіх х
.
Маємо:
Отже,
можна взяти
(рис. 4.5).
Рис. 4.5
Для
функції
нерівність
виконується, як тільки
.
