- •Тема 1. Вступ до математичного аналізу
- •1.2. Побудова графіків функцій шляхом елементарних перетворень
- •Тема 2. Елементи теорії границь
- •2.1. Границя послідовності та границя функції
- •Тема 2. Елементи теорії границь
- •2.2. Важливі границі
- •Тема 2. Елементи теорії границь
- •2.3. Нескінченно малі (н. М.) і нескінченно великі (н. В.) функції та зв’язок між ними
- •Тема 2. Елементи теорії границь
- •2.4. Порівняння н. М. Функцій
- •2.5. Основні теореми про границю
- •2.6. Техніка обчислення границь
- •2.8. Неперервність функції
- •Тема 3. Диференціальне числення функції однієї змінної
- •3.1. Похідна функції
- •Таблиця похідних основних елементарних функцій
- •3.3. Диференціал функції
- •3.4 Похідні та диференціали вищих порядків
- •3.5. Основні теореми диференціального числення
- •3.7 Дослідження функцій, заданих явно
- •Загальна схема дослідження функції
- •3.8 Приклади розв’язування типових завдань з дослідження функцій, заданих явно
- •3.9 Схема дослідження функцій, заданих параметрично
- •3.10 Приклади розв’язування типових завдань з дослідження функцій, заданих параметрично
Тема 2. Елементи теорії границь
2.1. Границя послідовності та границя функції
Поставимо у відповідність кожному деяке дійсне число. В цьому випадку кажуть, що заданочислову послідовність (sequence, number sequence) (позначають ).
Наприклад, числовими послідовностями є: числа Фібоначчі
1, 1, 2, 3, 5, 8,…; арифметична та геометрична прогресії.
Означення 2.1. Число a називається границею послідовності (limit of sequence) , якщо для будь-якого як завгодно малого додатного числаіснує числотаке, що для всіхвиконується нерівність
Якщо ввести позначення: довільний (будь-який); існує, то означення 2.1 можна скорочено записати так:
.
Те, що число a є границею послідовності , записують так:
або .
Послідовність, яка має границю, називається збіжною (convergent sequence), а яка не має границі –розбіжною (divergent sequence).
Будь-який інтервал виду , де, називається-околом точки (neighborhood of point)a на числовій осі.
З геометричної точки зору, якщо число a є границею послідовності , то в довільний-окіл точкиa потраплять всі члени послідовності , окрім скінченної їх кількості (може бути як завгодно малим). Можна сказати, що члени послідовностігрупуються навколо точкиа.
Приклад 2.1. Довести за означенням, що .
Доведення. За означенням 2.1 для кожного ми повинні вибрати номертак, щоб при всіхвиконувалась нерівність. В нашому випадку дана нерівність набуває вигляду
. (*)
Оскільки , то нерівність (*) перепишемо так, звідки. Тепер, якщо ми оберемо, то при всіхнерівність (*) буде виконуватись, а отже числоза означенням є границею даної послідовності.
Наприклад, при вибраному отримаємо, а це означає, що для всіхчленицієї послідовності потраплять в окіл
.
Границя функції в точці
Нехай функція визначена на деякій множиніX і точка або. Візьмемо зXпослідовність точок , відмінних відa, яка збігається до цього числа:
. (2.1)
Значення функції в точках послідовності (2.1) утворюють в свою чергу числову послідовність:
(2.2)
Означення 2.2. (за Гейне). Число b називається границею функції (limit of function) в точці(або при), якщо для будь-якої збіжної доa послідовності (2.1) значень аргументу x, відмінних від a, відповідна послідовність (2.2) значень функції збігається до числа b.
Позначають це так:
, (2.3)
або
.
Це означення границі функції за Гейне (мовою послідовностей), його можна записати скорочено так:
.
Приклад 2.2. Довести, що .
Доведення. За означенням 2.2:
.
Ця границя не залежить від вибору послідовності , яка збігається до числа 1.
Означення 2.3. (за Коші). Число b називається границею функції в точці(або при), якщо для будь-якого як завгодно малого числаіснує таке додатне число, що для всіх, які задовольняють нерівність, виконується нерівність
.
Скорочено це означення можна записати так:
.
З геометричної точки зору, якщо число b є границею функції в точці, то для всіх значень аргументу, які групуються навколо точки, відповідні значення функції групуються навколо точки.
Зауваження. Можна показати, що означення 2.2 та 2.3 є еквівалентними.
Приклад 2.3. Довести, що .
Доведення. Застосуємо означення 2.3:
(рис. 2.1).
, тобто .
Рис. 2.1
Нехай, наприклад, , тоді відповіднеі
.
Односторонні границі (one-sided limit)
Означення 2.4. Число b називається границею функції справа (right-handed limit) [зліва (left-handed limit)] в точці , якщо для будь-якого як завгодно малого числаіснує таке додатне число, що для всіхx, які задовольняють нерівність [], виконується нерівність
.
Скорочено означення границі справа (зліва) в точці , можна записати так:
.
Позначають границю справа або;
границю зліва - або.
Для існування границі функції в точцінеобхідно і достатньо, щоб мала місце рівність
.
Границя функції на нескінченності
Означення 2.5. Число b називається границею функції при, якщо для будь-якого як завгодно малого числаіснує таке додатне числоN, що для всіх x, які задовольняють нерівність , виконується нерівність
.
Скорочено означення границі при можна записати так:
.
Якщо при цьому елементи послідовностідодатні (від’ємні), то пишуть так:
Приклад 2.4. Довести, що .
Доведення. Нехай виконується нерівність
,
,
звідси . І, якщо за прийняти, то, тобто, а це за означенням 2.5 означає, що(рис. 2.2).
Нехай, наприклад, ; тоді. Отже виконується
.
Рис. 2.2