
- •Глава VI: Предел и непрерывность функции в точке
- •6.0. Главные песни о старом. Определение функции
- •Свойства функций
- •Элементарные функции
- •1. Линейная функция
- •2. Квадратичная функция
- •3. Функция
- •4. Дробно-линейная функция
- •17. Гиперболические функции:
- •3. Преобразование графиков
- •3.1. Сдвиг
- •3.2. Изменение масштаба
- •3.4. График функции f(|X|)
- •3.5. Функция типа «единица на эф»
- •3.6. Обратная функция.
- •3.7. Построение графиков композиций функций
- •3.8. Построение асимптотических портретов функций
- •6. 2 Замечательные пределы
- •1. Первый замечательный предел .
- •2. Второй замечательный предел .
- •6. 3 Непрерывность функции в точке
- •6. 4 Бесконечно малые функции и их сравнение
- •6. 5 Свойства функций, непрерывных на промежутке
6. 4 Бесконечно малые функции и их сравнение
Определение 1
Функцию
называютБМФ
в окрестности точки
,
если
.
Определение 2
Функцию
называютББФ
в окрестности точки
,
если
,
т.е.
.
Если
- БМФ в точке
,
то
-ББФ в точке
.
Например, функция
в
является БМФ, а
- ББФ в точке
.
Определение 3
Пусть
- БМФ в окрестности
точки
.
Тогда:
-
называютбесконечно
малой более высокого порядка малости,
чем
,
если
и обозначают
;
-
и
называют БМФодного
порядка малости,
если
;
и
называютэквивалентными,
если
и обозначают
при
.
Теорема
1
Если
при
,
то
.
Доказательство:
Рассмотрим.
Теорема 2
Пусть
при
.
Тогда их разность
является бесконечно малой большего
порядка малости, чем каждая из них, т.е.
и
при
.
Доказательство:
Рассмотрим
.
Аналогично,
.
Замечание
Полученный результат позволяет все экви-
валентности
записать в виде: если
при
,
то
.
Например,
и т.д.
Определение
4
Представление
функции
в окрестности
точки
в виде
,
где
- некоторая константа, называетсявыделением
главной части
функции, при этом
называетсяглавной
частью функции
в
,
а
-порядок
малости этой
функции.
Пример
Вычислить
.
Выделим главные части в каждом слагаемом
числителя и знаменателя:
,
,
,
.
Тогда
6. 5 Свойства функций, непрерывных на промежутке
Определение 1
Функция
непрерывна
на отрезке
,
если она непрерывна в каждой внутренней
точке
,
а на концах отрезка непрерывна слева
и справа соответственно, т.е.
,
.
Определение 2
Функция
ограничена
сверху (снизу) на
промежутке
,
если
.
Говорят,
что функция
ограничена
на промежутке
,
если
.
Замечание
Пусть
.
Тогда
ограничена на
,
если
.
Определение 3
Говорят,
что функция
неограниченна
на интервале
,
если
.
Определение 4
-
ТВГ
функции
на отрезке
,
если:
1)
;
2)
.
Определение 5
-
ТНГ
функции
на отрезке
,
если:
1)
;
2)
.
Теорема 1 Теорема Вейерштрасса
Пусть
функция
.
Тогда:
1)
ограничена на этом отрезке;
2)
достигает на этом отрезке ТВГ и ТНГ.
Доказательство:
1)
.
Пусть
,
но не является ограниченной на этом
отрезке, т.е.
.
Пусть
.
Тогда
,
т.е. последовательность
неограниченно растет при
.
С другой стороны, последовательность
ограничена, т.к.
.
Тогда в соответствие с принципом
компактности можно выделить сходящуюся
подпоследовательность
.
Так как
непрерывна, то она непрерывна в точке
.
Следовательно, по определению
.
Но имеем
,
т.е.
.
Получили противоречие.
2)
Из утверждения 1) имеем, что функция
ограничена на
.
Следовательно, ограничено множество
значений функции
.
Поэтому
имеет ТВГ и ТНГ:
и
.
Нужно доказать,
.
Докажем существова-ние
.
По определению ТВГ
.
Предположим противное, т.е. что
.
Тогда
или
.
Тогда функция
непрерывна на
.
В
силу 1) функция
ограничена на
,
т.е.
.
Т.о. получили противоречие.
Замечание.
Существенно,
что функция
непрерывна на отрезке
.
Пример
1.Функция
непрерывна на
,
но не ограничена на нем.
2.
Функция
непрерывна на интервале
,
но не достигает ни ТВГ, ни ТНГ.
3.
Функция
на всей числовой оси функция ограничена,
но не является непрерывной в точках
,
достигает ТНГ.
Теорема 2: Теорема Больцано-Коши
Пусть
и
.
Тогда
.
Доказательство:
Пусть
для определенности
.
Разделим отрезок
пополам, получим
и
.
Если
,
то
.
Если
,
то назовем
тот отрезок, где
,
и т.д.
Таким
образом, мы сформировали механизм ССС.
Тогда по теории Кантора
точка
,
принадлежащая всем сегментам сразу.
Покажем, что
.
.
Для определенности
.
Тогда найдется
.
В соответствии с механизмом ССС существует
номер
,
начиная с которого
попадает в окрестность
.
Тогда
.
Получили противоречие с правилом выбора
интервала
.
Так
как
,
то
.
Но
.
Тогда
.
Замечание
Теорема Больцано-Коши дает эффективный способ нахождения корней.
Следствие
Пусть функция
и
причем
.
Тогда
.
Доказательство:
Рассмотрим
функцию
и применим теорему Больцано-Коши.
Определение 6
Пусть
функция
.Обратной
к функции
называется функция
.
Теорема 3 Об обратной функции
Пусть
функция
непрерывна и строго монотонна на
некотором промежутке
.
Тогда существует обратная функция
,
которая является монотонной и непрерывной
на множестве
,
(
- отрезок с концами
).
Доказательство:
Для
определенности пусть функция
возрастает на
.
По следствию из теоремы 8 функция
принимает все промежуточные значения
,
т.е.
.
Следовательно, отображение
сюръективно, т.е. является отображением
на множество
.
Так как функция
возрастает на множестве
,
то
.
Таким образом, отображение
в различных точках принимает различные
значения, т.е. оно инъективно. Следовательно,
отображение
биективно, т.е.
– взаимно однозначное отображение
на
.
Значит, определено обратное отображение
,
задаваемое
,
если
.
По
определению обратной функции
.
Это означает, что функция
возрастает на
.