Лекции (не мирэашные, но оч. похожие) + шпоры готовые к распечатке / Много всего по МАТАНУ / ОТВЕТЫ К МАТАНУ
.docесли известно, что
и
Но это сразу следует из теоремы о пределе произведения ( теорема 2.9).
Второе утверждение означает, что
если известно, что
Это следует из того, что степенная функция непрерывна при любом , если . Как отмечалось выше, для непрерывной функции можно переставлять местами знак функции и знак предела:
В случае степенной функции , сделав замену переменного и связанную с ней замену базы, мы получим, что
Беря , получаем, что
что и требовалось доказать.
Поскольку в этой таблице мы всегда будем рассматривать базу , для простоты записи обозначение этой базы будем пропускать и писать знак вместо .
1) . Эту формулу мы уже доказали и использовали в примерах. Эквивалентность и при означает в точности, что первый замечательный предел равен 1.
2) . Эта эквивалентность тоже была доказана выше в одном из примеров.
3) . Докажем эту эквивалентность:
4) . Докажите это в качестве упражнения, сделав замену и применив предыдущую табличную формулу.
5) . Для доказательства воспользуемся формулой . Далее, имеем:
Это означает, что доказываемая эквивалентность имеет место.
6) ( ). Для доказательства этой эквивалентности сделаем такое преобразование:
Для вычисления предела правой части воспользуемся непрерывностью логарифма и вторым замечательным пределом:
и мы доказали формулу 6.
В частном случае, при , получаем эквивалентность
) .
7) ( ). Для доказательства сделаем замену и выразим через : . Согласно формуле 6, при , откуда . Из непрерывности логарифма следует, что и, значит, при . В этой формуле осталось лишь сменить обозначение переменного на , чтобы получить формулу 7.
В частном случае, при , получаем эквивалентность
) .
В15.Сохранение знака непрерывной функции.Понятие равномерной непрерывности.
Напомним, что непрерывность функции в точке означает, что , то есть Тем самым непрерывность функции на интервале или отрезке означает, что При этом мы имеем право выбирать число в зависимости от и, главное, от точки .
Предположим теперь, что число можно выбрать общим для всех (но, конечно, зависящим от ). Тогда говорят, что свойство функции быть непрерывной в точке выполнено равномерно по .
Дадим теперь такое
Определение 3.5 Пусть -- некоторая функция и . Функция равномерно непрерывна на , если
Приведём пример равномерно непрерывной функции.
Пример 3.15 Рассмотрим функцию и покажем, что она равномерно непрерывна на всей числовой оси . Фиксируем число и положим . Выберем теперь любые две точки и , такие что , и покажем, что тогда . Действительно,
|
|
так как, во-первых, при всех и и, во-вторых, при всех (у нас ). Таким образом. равномерная непрерывность функции доказана.
Лучше изучить условие равномерности по мы сможем, приведя пример, где оно нарушается.
Пример 3.16 Пусть функция рассматривается на интервале . Если фиксирована точка , то для заданного мы можем выбрать так, что при всех таких, что ; для нахождения нужно решить неравенство относительно (напомним, что точка фиксирована):
|
|
|
|
Из чисел и выберем минимальное:
Тогда при будет . Проанализируем, однако, зависимость от : при , приближающемся к 0, значения будут убывать и стремиться к 0 (при неизменном значении ), что хорошо видно на следующем чертеже:
Рис.3.25.Изменение в зависимости от положения точки
При приближении точки к началу координат нам приходится по одному и тому же выбирать всё меньшие -окрестности точки , чтобы обеспечить выполнение неравенства . Выбрать общим для всех , очевидно, невозможно: при заданном какое бы фиксированное число ни было взято, мы можем поместить точку так близко от 0, что значения и будут отличаться друг от друга больше, чем на , хотя . Это означает, что функция не является равномерно непрерывной на интервале .
Теорема 3.10 Пусть и функция непрерывна на . Тогда равномерно непрерывна на .
Доказательство этой теоремы достаточно сложно и основывается на тонких свойствах системы действительных чисел, а именно, на том, что любой замкнутый отрезок является компактом9. Мы пропускаем здесь доказательство теоремы, отсылая за ним заинтересованного читателя к подробным курсам математического анализа, например, Никольский С.М., Курс математического анализа, т. 1. -- М.: Наука, 1991; Фихтенгольц Г.М., Курс дифференциального и интегрального исчисления, т. 1. -- М.-Л.: ГИТТЛ, 1948 и др. годы изд.
В качестве следствия равномерной непрерывности легко получается утверждение теоремы 3.8, а именно,
Следствие 3.1 Любая функция , непрерывная на замкнутом отрезке , ограничена на (то есть существует такое число , что при всех ).
Приведём это доказательство (хотя теорема 3.8 была ранее доказана другим способом):
Доказательство. Фиксируем какое-либо число , например , и выберем такое, что при всех , для которых , будет . Разобьём на отрезки длины :
(мы положили ;10 длина последнего отрезка может оказаться меньше ). Выберем в качестве середину каждого из отрезков:
Тогда для каждого выполняется неравенство и, следовательно, . Это неравенство эквивалентно такому: , или . Поскольку точек конечное число (а именно, ), то мы можем взять минимальное из чисел , , и максимальное из чисел , :
Тогда для любого верно неравенство , и осталось взять . При этом для любого будет , что означает ограниченность функции на .
Теорема кантора Если функция непрерывна на [a,b] , то она равномерно непрерывна на [a,b] .