
- •1 Семестр
- •Глава 1. Пределы и непрерывность
- •§ 1.1. Числовые множества
- •1.1.1. Ограниченные множества
- •1.1.2. Точные грани множества
- •1.1.3. Существование точных граней
- •§ 1.2. Предел последовательности
- •Предельные точки и предел последовательности
- •Свойства предела последовательности
- •Арифметические свойства предела последовательности
- •Глава 2. Предел функции и непрерывность
- •§ 2.1. Предел функции в точке
- •Эквивалентные определения
- •2.1.2. Свойства предела функции в точке.
- •2.1.3. Арифметические свойства пределов
- •2.1.4. Критерий Коши существования предела
- •2.1.5. Односторонние пределы и пределы на бесконечности
- •§ 2.2. Непрерывность в точке и на отрезке
- •2.2.1. Непрерывность функции в точке
- •2.2.2. Первый замечательный предел
- •2.2.3. Второй замечательный предел
- •2.2.4. Бесконечно малые функции
- •2.2.5. Бесконечно большие функции
- •2.2.6. Классификация точек разрыва
- •2.2.7. Непрерывность функции на отрезке
Глава 2. Предел функции и непрерывность
§ 2.1. Предел функции в точке
Эквивалентные определения
Определение
предела функции в точке по Коши.
Число
называетсяпределом
функции
в точке
по Коши
если для любого
существует
такое, что для любого
удовлетворяющего условию
выполняется неравенство
Число
не является
пределом функции
в точке
в смысле определения по Коши, если
найдётся
такое, что для любого
существует
такой, что выполняются неравенства
Определение
предела функции в точке по Гейне.
Число
называетсяпределом
функции
в точке
по
Гейне если
для любой последовательности
сходящейся к
такой, что
последовательность
сходится и
Число
не
является пределом функции
в точке
в смысле определения по Гейне, если
существует такая последовательность
что
и
Если найдутся две последовательности
и
такие, что
и
то функция
не имеет предела в точке
Теорема. Определения предела функции в точке по Коши и по Гейне эквивалентны.
Доказательство.
Пусть
число
является пределом функции
в точке
в смысле определения по Коши. Докажем,
что она является пределом функции
в точке
и в смысле определения по Гейне. Возьмём
произвольную последовательность
такую, что
Нужно доказать, что тогда
Зададим произвольно
Согласно определению предела по Коши
существует
такое, что для любого
удовлетворяющего условию
выполняется неравенство
Так как
то найдётся
такое, что при всех
выполняется неравенство
Тогда при всех
выполняется неравенство
значит
Пусть теперь
является пределом функции
в точке
в смысле определения по Гейне. Докажем,
что
является пределом функции
в точке
и в смысле определения по Коши. Предположим,
что это не так. Тогда найдётся
такое, что для любого
существует
такой, что выполняются неравенства
Возьмём
и построим последовательность
удовлетворяющую условиям
Тогда, с одной стороны,
Значит,
т.к.
является пределом функции
в точке
в смысле определения по Гейне. С другой
стороны,
Следовательно,
Получили противоречие. Следовательно,
является пределом функции
в точке
в смысле определения по Коши. Теорема
доказана.
Если
является пределом функции
в точке
в смысле определения по Коши или по
Гейне , то
называетсяпределом
функции
в точке
Упражнение.
Доказать,
что если для всех
выполняется равенство
то
где последнее равенство понимается в
том смысле, что если существует предел
слева, то существует и предел справа, и
наоборот, и они равны между собой.
Примеры.
1. Докажем, что
Зададим произвольно
и рассмотрим модуль разности
Если
то
Если
то
при
и
2. Докажем, что
Зададим произвольно
и рассмотрим модуль разности
Покажем, что при
всех
выполняется неравенство
Действительно,
При
рассмотрим точки
и
единичной
окружности, соответствующие углам
и
Длина дуги
равна
и больше длины отрезка
равной
значит,
При
получаем неравенства:
При
имеем
Таким образом,
при
где
3. Докажем, что у
функции
не существует предела в точке
Воспользуемся определением предела
по Гейне. Возьмём последовательности
и
Очевидно, что
Однако,
следовательно, функция
не имеет предела в точке
2.1.2. Свойства предела функции в точке.
Теорема о единственности предела. Если предел функции в точке существует, то он единственный.
Доказательство.
Предположим,
что
и
Положим
Тогда согласно определению предела
найдутся
и
такие, что для всех
удовлетворяющих
условию
выполняется неравенство
а при всех
удовлетворяющих
условию
выполняется неравенство
Положим
Тогда при всех
удовлетворяющих
условию
выполняются неравенства
и
то есть
Предположение о том, что предел не
единственный привело к противоречию.
Теорема доказана.
Теорема об ограниченности функции, имеющее предел. Если функция имеет предел в точке, то она ограниченна в некоторой проколотой окрестности этой точки.
Доказательство.
Пусть
По определению предела для
найдется
такое, что при всех
удовлетворяющих
условию
выполняется неравенство
Тогда
Теорема
доказана.
Теорема о
переходе к пределу под знаком неравенства.
Если
и в некоторой
проколотой окрестности точки
выполняется неравенство
то
Теорема о двух
милиционера. Если
в некоторой проколотой окрестности
точки
выполняются
неравенства
и
существуют пределы
то существует предел
Теорема о
сохранении знака. Если
существует
то
в некоторой проколотой окрестности
точки
выполняется
неравенство
При этом, если
то
если
то
Доказательства теорем аналогичны доказательствам соответствующих теорем для предела последовательности.