Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
сборник заданий по матем часть1.pdf
Скачиваний:
403
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
3.17 Mб
Скачать

5.6. Односторонние пределы

Определение левого и правого пределов функции в точке. Пусть функция y = f (x) определена в некоторой правой полуокрестности точки x0 ,

т.е. на некотором интервале (x0 ; x0 +δ), где δ > 0 .

Первое определение односторонних пределов функции (по Коши, или «на языке ε δ ») выглядит так.

Число A называется пределом справа функции f (x) в точке x0 (или пра-

восторонним пределом), если для любого сколь угодно малого положительного числа ε найдется такое число δ > 0 , что для всех x таких, что 0 < x x0 <δ ,

выполнено неравенство f (x) A <ε .

Обозначается это так: lim f (x) = A или f (x0 +0) = A .

xx0 +0

Число A называется пределом слева функции f (x) в точке x0 (или ле-

восторонним пределом), если для любого сколь угодно малого положительного числа ε найдется такое число δ > 0 , что для всех x , таких, что 0 < x0 x <δ ,

выполнено неравенство f (x) A <ε .

Обозначается это так: lim f (x) = A или f (x0 0) = A.

xx0 0

Первое определение односторонних пределов функции равносильно вто-

рому определению (по Гейне, или «на языке последовательностей»):

Число A называется пределом справа функции f (x) в точке x0 (или пра-

восторонним пределом), если для всякой последовательности xn значений аргумента, стремящейся к x0 и такой, что xn > x0 для любого n, соответствующая последовательность значений функции f (xn ) сходится к A .

Число A называется пределом слева функции f (x) в точке x0 (или лево-

сторонним пределом), если для всякой последовательности xn значений аргу-

мента, стремящейся к x0

и такой, что xn < x0 для любого n, соответствующая

последовательность значений функции

f (xn ) сходится к A .

Очевидно, что lim f (x) существует в том и только в том случае, когда

xx0

 

lim f

(x) ,

lim f (x) и при этом имеют

существуют односторонние пределы

 

xx0 +0

xx0 0

место равенства lim f (x) = lim f (x) = lim

f (x).

 

xx0

xx0 +0

xx0 0

 

 

199

Пример 5.16. Найти односторонние пределы функций:

1)f (x) = x2 при x 1 при x 1;

x при x >1

2)f (x) = x2 4x + 4 при x 2 ; x 2

3)

f (x) = (x +3)

1cos2 x

при x 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

f (x) = 5 +

 

 

 

1

 

 

 

 

 

при x 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р е шен и е : 1) рассматриваемая функция определена на всей числовой

оси.

Пусть

 

 

 

 

x 1.

 

 

 

Тогда

f (x) = x2 .

Следовательно,

f (10) = lim f (x) = lim x2

=1 – предел функции

f (x) в точке x =1 слева.

 

x10

 

 

 

 

x10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

же

x >1,

 

 

 

 

то

 

 

f (x) = −x и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (1+0)

= lim f

(x) = lim (x) = −1

пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1+0

 

 

 

 

x1+0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дел справа (рис 5.1);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) данная функция определена на всем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

множестве действительных чисел, кроме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точки x = 2 . Преобразуем

выражение

для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x), заметив, что в числителе дроби нахо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дится полный квадрат:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) =

x2 4x + 4

=

(x 2)2 = x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при x 2 .

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

(2 0) = lim

f (x) = lim (x 2) = 0, f

(1+0) = lim (x 2) = 0, т.е. од-

 

 

 

 

x20

 

 

 

 

 

 

 

 

x20

 

 

 

 

x2+0

 

 

 

 

 

 

носторонние пределы функции в исследуемой точке равны между собой;

3) имеем f (x) = (x +3)

 

 

= (x +3)

 

 

(x +3)

 

sin x

 

 

.

1cos2 x

sin2 x

=

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x при 0 < x <

π

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что

 

sin x

 

=

 

 

2

, получаем равенства

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< x < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x при 2

 

 

 

 

 

 

200

f (0)

= lim

f (x) = lim

(x +3) sin x

= −(0 +3) 1 = −3 — предел слева в

 

x→−0

x→−0

x

 

 

точке ноль;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (+0)

= lim f (x) = lim(x +3) sin x

= (0 +3) 1 = 3 — предел справа в точ-

 

x→+0

x→+0

x

 

 

 

 

 

 

ке ноль;

4)найдем левосторонний предел данной функции в точке x =1. Если

x 10, т.е. x стремится к единице, оставаясь меньше единицы, то выражение x 1 стремится к нулю, оставаясь при этом меньше нуля, поэтому дробь

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

стремится к −∞, а значит, справедливы равенства lim 4

 

 

 

= 0,

 

x1

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (10) = lim

f (x) = lim 5 +

1

 

 

 

= 5 +

 

1

 

= 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1+0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x10

 

 

x10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если же x 1+0 , то дробь

1

 

 

 

стремится к +∞, а значит,

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= +∞,

 

 

 

 

 

1

 

 

 

= 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim 4

x1

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x10 1+ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (1+ 0) = lim

f (x)

= lim 5 +

 

1

 

 

 

 

= 5 + 0 = 5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1+0

 

 

 

 

 

x1+0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4 x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи для самостоятельного решения

 

 

 

 

 

 

Найти левый и правый пределы функции при x x0 :

 

 

 

 

 

 

 

 

5.153. f (x) = e

 

 

1

, x0

 

= a .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.154. f (x) =

1

 

 

 

 

, x0

= 3.

 

xa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 при x 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

x0 =1,

б) x0 =10.

 

 

 

5.155. f (x) = x

 

при x >1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.156. f (x) =

,

x0 =1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.157. f (x) =

1cos x

 

,

x0 = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

201

 

4 +3 7

 

1

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

5.158. f (x) =

1x

 

, x0 =1.

5.159. f (x) =

 

 

 

, x0

= 2.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

(x 2)2

 

1+71x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.160. f (x) =

1

 

 

 

 

,

 

x0

= 0.

5.161. f (x) = arctg

1

, x0

= 0 .

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

x

 

2 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.162. f (x) = tg x ,

x0

=

π .

5.163. f (x) =

 

sin x

 

 

,

x0

= 0 .

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.164. f (x) =[x]– целая часть x , x0

= 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.165. f (x) =

1

 

, {x}= x [x]– дробная часть x , x0 =1.

 

 

 

 

 

 

{x}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.166. f (x) = cos

π

 

,

 

x0

= 0 .

5.167. f (x) = 3tg 2 x ,

 

 

x0 =

π .

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5.168. f (x) =

2

 

 

 

 

 

,

x0 = π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 2tg x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти пределы

5.169. lim

 

1cos 2x

 

.

 

 

 

x→−0

x

 

 

 

5.171. lim 1+cos 2x .

xπ2 +0 π + 2x

5.172. lim ( tg2 α +secα tgα).

απ2 0

5.170. lim arcsin(x + 2) .

x→−2

x

2

+ 2x

 

 

 

 

 

5.172. lim 1+cos x .

xπ +0

sin x

 

5.7. Непрерывность и точки разрыва функции

Непрерывность функции в точке. Функция y = f (x) называется не-

прерывной в точке x0 , если:

1)

эта функция определена в некоторой окрестности точки x0 ;

2)

существует предел lim f (x) ;

 

xx0

3)

этот предел равен значению функции в точке x0 , т.е.

limx x f (x) = f (x0 ) .

0

202

Последнее условие равносильно условию

lim y = 0 , где x = x x0

приращение аргумента, y = f (x0 + ∆x) f (x0 )

x0

– приращение функции, соот-

ветствующее приращению аргумента x , т.е. функция f (x) непрерывна в точ-

ке x0

тогда и только тогда, когда в этой точке бесконечно малому приращению

аргумента соответствует бесконечно малое приращение функции.

 

Односторонняя непрерывность. Функция y = f (x) называется непре-

рывной слева в точке

x0 , если она определена на некотором полуинтервале

(a; x0

]и lim f

(x) = f

(x0 ) .

 

xx0 0

 

 

 

 

Функция

y = f (x)

называется непрерывной справа в точке x0 , если она

определена на некотором полуинтервале [x0 ;a) и lim f (x) = f (x0 ) .

 

 

 

 

xx0 +0

 

Функция y = f (x)

непрерывна в точке x0 тогда и только тогда, когда она

непрерывна слева и справа в этой точке. При этом

lim

f (x) = lim f (x) = lim f (x) = f (x0 ).

xx0 +0

xx0 0

 

xx0

Непрерывность функции на множестве. Функция y = f (x) называется

непрерывной на множестве X , если она является непрерывной в каждой точке x этого множества. При этом если функция определена в конце некоторого промежутка числовой оси, то под непрерывностью в этой точке понимается непрерывность справа или слева. В частности, функция y = f (x) называется не-

прерывной на отрезке [a b;], если она

1)непрерывна в каждой точке интервала (a b;);

2)непрерывна справа в точке a ;

3)непрерывна слева в точке b .

Точки разрыва функции. Точка x0 , принадлежащая области определения функции y = f (x) , или являющаяся граничной точкой этой области, называется точкой разрыва данной функции, если f (x) не является непрерывной в этой точке.

Точки разрыва делятся на точки разрыва первого и второго рода:

1)

если

существуют

конечные

пределы

lim f (x) = f (x0 0) и

 

 

 

 

 

 

 

xx0 0

 

 

lim f (x) = f (x0 +0) , причем не все три числа

f (x0 0),

f (x0 +0) ,

f (x0 )

xx0 +0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равны между собой, то x0 называется точкой разрыва I рода.

 

 

В частности, если левый и правый пределы функции в точке x0

равны

между

собой,

но не

равны

значению

функции

в этой

точке:

f (x0 0) = f (x0 +0) = A f (x0 ) , то

x0

называется точкой устранимого раз-

203

рыва. В этом случае, положив f (x0 ) = A, можно видоизменить функцию в точке x0 так, чтобы она стала непрерывной (доопределить функцию по непрерыв-

ности).

Разность f (x0 +0) f (x0 0) называется скачком функции в точке x0 .

Скачок функции в точке устранимого разрыва равен нулю;

2) точки разрыва, не являющиеся точками разрыва первого рода, называются точками разрыва II рода. В точках разрыва II рода не существует или

бесконечен хотя бы один из односторонних пределов f (x0 0) и f (x0 +0) .

Свойства функций, непрерывных в точке.

1. Если функции

f (x)

и g(x) непрерывны в точке x0 , то функции

f (x) ± g(x) , f (x)g(x) и

 

f (x)

(где g(x) 0 ) также непрерывны в точке x0 .

 

g(x)

 

 

 

2. Если функция u(x) непрерывна в точке x0 , а функция f (u) непрерывна в точке u0 = u(x0 ), то сложная функция f (u(x)) непрерывна в точке x0 .

3. Все основные элементарные функции (c, xa , ax , loga x , sin x , cos x , tg x, ctg x, sec x , cosec x , arcsin x , arccos x , arctg x , arcctg x) непрерывны в каждой точке своих областей определения.

Из свойств 1–3 следует, что все элементарные функции (функции, полученные из основных элементарных функций с помощью конечного числа арифметических операций и операции композиции) также непрерывны в каждой точке своих областей определения.

Свойства функций, непрерывных на отрезке.

1. Пусть функция f (x) определена и непрерывна на отрезке [a b;]. Тогда

для любого числа C , заключенного между числами f (a)

и f (b) ,

( f (a) < C < f (b) ) найдется хотя бы одна точка x0 [a;b], такая, что

f (x0 ) = C

(теорема о промежуточных значениях).

 

2. Пусть функция f (x) определена и непрерывна на отрезке [a b;] и при-

нимает на его концах значения различных знаков. Тогда найдется хотя бы одна точка x0 [a;b], такая, что f (x0 ) = 0 (теорема Больцано – Коши).

3. Пусть функция f (x) определена и непрерывна на отрезке [a b;]. Тогда эта функция ограничена на этом отрезке (1-я теорема Вейерштрасса).

4. Пусть функция f (x) определена и непрерывна на отрезке [a b;]. Тогда

эта функция достигает на отрезке [a b;] своего наибольшего и наименьшего

значений, т.е. существуют такие

точки x1 , x2 [a;b], что для любой то чки

x [a;b] справедливы неравенства

f (x1 ) f (x) f (x2 ) (2-я теорема Вейер-

штрасса).

204

Пример 5.17. Пользуясь определением непрерывности, доказать, что

функция y = 3x2 + 2x 5 непрерывна в произвольной точке x0

числовой оси.

Р е шен и е . I сп о со б . Пусть

x0

произвольная точка числовой оси.

Вычислим сначала предел функции

f (x)

при x x0 , применяя теоремы о

пределе суммы и произведения функций:

 

 

 

lim f (x) = lim(3x2 + 2x 5) = 3(lim x)2 + 2lim x 5 = 3x0

2 + 2x0 5.

xx0

xx0

xx0

xx0

 

 

Затем вычисляем значение функции в точке x0 : f (x0 ) = 3x0

2 + 2x0 5.

Сравнивая полученные результаты, видим, что lim f (x) = f (x0 ) . Соглас-

xx0

но определению это и означает непрерывность рассматриваемой функции в

точке x0 .

I I сп о со б . Пусть x – приращение аргумента в точке x0 . Найдем с о- ответствующее приращение функции:

y = f (x0 + ∆x) f (x0 ) = 3(x0 + ∆x)2 + 2(x0 + ∆x) 5 (3x0 2 + 2x0 5)=

= 6x0x +(x)2 + 2x = (6x0 + 2)x +(x)2 .

Вычислим теперь предел приращения функции, когда приращение аргумента стремится к нулю:

lim

y = lim(6x0

+ 2)x +(x)2 = (6x0

+ 2) lim

x +(lim x)2

= 0.

x0

x0

 

x0

x0

 

Таким образом,

lim y = 0, что и означает по определению непрерыв-

 

 

x0

 

 

 

ность функции для любого x0 R .

Пример 5.18. Найти точки разрыва функции f (x) и определить их род. В случае устранимого разрыва доопределить функцию по непрерывности:

 

 

 

 

2

при x <

3

 

 

 

x

2

+ 4x +

3

 

 

1)

f (x) =

1x

 

;

2)

f (x) =

 

;

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

5x при x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) =

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

3)

 

;

 

 

4)

f (x) = arctg

 

.

x4 (x 2)

 

 

(x 5)

Р е шен и е : 1) областью определения данной функции является вся числовая ось (−∞;+∞). На интервалах (−∞;3), (3;+∞) функция непрерывна. Раз-

рыв возможен лишь в точке x = 3, в которой изменяется аналитическое задание функции.

Найдем односторонние пределы функции в указанной точке:

f (3 0)

= lim (1x2 ) =19 =8;

f (3 +0)

= lim 5x =15 .

 

x30

 

x3+0

205

Мы видим, что левый и правый пределы конечны, поэтому x = 3 – точка

разрыва I рода

функции f (x). Скачок

функции в точке разрыва

f (3 +0) f (3 0) =15 8 = 7 .

 

Заметим, что

f (3) = 5 3 =15 = f (3 +0),

поэтому в точке x = 3 функция

f(x) непрерывна справа;

2)функция непрерывна на всей числовой оси, кроме точки x = −1, в которой она не определена. Преобразуем выражение для f (x), разложив числи-

тель дроби

на множители:

f (x) =

x2 + 4x +3

=

(x +1)(x +3)

= x +3 при

x +1

x +1

x ≠ −1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем односторонние пределы функции в точке x = −1:

 

lim

f (x) = lim f (x)

= lim(x +3) = 2.

 

 

 

x→−10

x→−1+0

x→−1

 

 

 

Мы выяснили, что левый и правый пределы функции в исследуемой точке существуют, конечны и равны между собой, поэтому x = −1 – точка устра-

нимого разрыва функции f (x) = x2 + 4x +3 . График функции представляет x +1

собой прямую y = x +3 с «выколотой» точкой M (1;2). Чтобы функция стала непрерывной, следует положить f (1) = f (10) = f (1+0) = 2 .

Таким образом, доопределив f (x) по непрерывности в точке x = −1, мы получили функцию f * (x) = x +3 с областью определения (−∞;+∞);

3)данная функция определена и непрерывна для всех x , кроме точек x = 0, x = 2 , в которых знаменатель дроби обращается в ноль.

Рассмотрим точку x = 0.

Поскольку в достаточно малой окрестности нуля функция принимает

только отрицательные значения, то f (0)

= lim

 

5

= −∞ = f (+0) , т.е.

x4

(x 2)

 

x→−0

 

точка x = 0 является точкой разрыва II рода функции

f (x).

 

Рассмотрим теперь точку x = 2 .

Функция принимает отрицательные значения вблизи слева от рассматри-

ваемой

точки

 

и

положительные

справа,

поэтому

f (2 0)

= lim

 

5

 

= −∞, f (2 +0) = lim

5

= +∞. Как и в преды-

x4 (x 2)

x4 (x 2)

 

x20

 

x2+0

 

 

дущем случае, в точке x = 2 функция не имеет ни левого, ни правого конечного пределов, т.е. терпит в этой точке разрыв II рода;

206

4)

данная

функция

терпит

разрыв в

точке

x = 5.

При этом

f (5 0)

= limarctg

1

= −

π , f (5

+0) = limarctg

1

 

=

π

, т.е

x = 5

(x 5)

(x 5)

2

 

x50

 

 

2

x5+0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точка

разрыва

I

рода.

Скачок

функции

в

данной

точке

равен

f (5 +0) f (5 0) = π2 (π2 ) =π (рис. 5.2).

у

π

 

2

 

 

 

 

0

1

5

 

 

 

 

х

π

 

 

 

2

 

 

Рис.5.2

 

 

 

 

 

 

Задачи для самостоятельного решения

5.174. Пользуясь лишь определением, доказать непрерывность функции f (x) в

каждой точке x0 R :

 

 

 

а) f (x) = c = const ;

б)

f (x) = x ;

в) f (x) = x3 ;

г) f (x) = 5x2 4x +1;

д) f (x) = sin x.

5.175. Доказать, что функция

x2 +1 при x 0,

является непрерывной

f (x) =

1 при x < 0

 

 

 

на всей числовой оси. Построить график этой функции.

5.176.

x2

+1 при x 0,

не является непрерыв-

Доказать, что функция f (x) =

0 при x < 0

 

 

 

ной в точке x = 0, но непрерывна справа в этой точке. Построить график функции f (x).

207

 

x2 + x +1 при x

1

,

5.177.

Доказать, что функция f (x) =

1

2

не является не-

 

 

 

 

 

2x + 2 при x > 2

 

 

 

 

 

 

прерывной в точке x = 12 , но непрерывна слева в этой точке. Построить график функции f (x).

5.178. Построить графики функций

а) y =

 

 

x +1

;

б)

y = x +

 

 

x +1

 

 

.

 

 

x +1

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Какие из условий непрерывности в точках разрыва этих функций выполнены и какие не выполнены?

5.179. Указать точку разрыва функции

sin x

, при x 0

 

 

 

.

y =

x

 

 

 

 

 

2, при x = 0

 

Какие из условий непрерывности в этой точке выполнены и какие не выполнены?

1

5.180. Указать точку разрыва функции y = 2x и определить ее род. Найти

lim y и построить эскиз графика функции. Какие условия непрерывности

x→±∞

в точке разрыва не выполнены?

Найти точки разрыва функции f (x) и определить их род. Построить график данной функции:

5.181. f (x) = −

6 .

 

 

 

5.182. f (x) = tg x .

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.183. f (x) =

 

4

 

.

 

5.184. f (x) =

1

.

 

4 x2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 2x

 

 

 

5.185. f (x) = arctg

 

a

.

5.186. f (x) =

x3 x2

.

 

 

 

 

 

 

x a

 

 

2

x 1

 

 

208

Найти точки разрыва функции f (x) и определить их род. В случае раз-

рыва первого рода найти скачок функции в точках разрыва. В случае устранимого разрыва доопределить функцию « по непрерывности»:

5.187. f (x) =

 

 

 

1

 

 

.

x3

x2

 

 

 

3

 

 

1

 

1

 

5.189. f (x) =

 

x2

.

3

 

 

1

+1

 

x2

 

 

2x +5 при x < −1,

5.191. f (x) =

 

1

 

 

 

 

при x > −1.

 

 

x

 

 

 

 

 

5.188. f (x) = 11 .

21x +1

x + 2

5.190. f (x) = arctg(x + 2) .

5.192. f (x) =1xsin 1x .

 

 

 

 

 

 

π

x

π

,

cos x при

2

4

5.193. f (x) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

2

 

π

 

 

 

 

 

2

 

при

 

x π.

x

 

16

4

 

 

 

 

 

 

 

5.195. f (x) =11e1x .

5.197. f (x) = x +1 . x3 +6x2 +11x +6

5.194. f (x) =

(1+ x)n 1

, n N .

x

 

 

 

 

 

 

 

tg x arctg

 

1

 

 

5.196. f (x) =

x 3

.

 

 

 

 

x(x 5)

5.198. f (x) = 1 . x4 26x2 + 25

209