- •Лекційно-практичний курс
- •З математичного аналізу.
- •Частина 1. Вступ до аналізу.
- •Передмова
- •Елементи теорії множин. Лекція №1 Відношення. Функції.
- •1. Множини, дії над множинами, добуток.
- •2. Відношення. Функції. Приклади.
- •3. Образ, прообраз. Композиція
- •Практичне заняття № 1
- •Довести
- •Лекція №2. Відношення порядку. Множина дійсних чисел. Точна верхня (нижня) границя.
- •1. Відношення порядку. Верхня границя. Приклади.
- •2. Зростаючі функції.
- •3. Дійсні числа. Теорема про точну верхню границю.
- •Практичне заняття № 2 Тема: Відношення, функції. Дії над функціями
- •Лекція №3. Властивості дійсних чисел. Принцип Архімеда.
- •1. Класи чисел
- •2. Принцип Архімеда. Наслідки.
- •Практичне заняття №3 Тема: Відношення порядку. Впорядковані множини. Точна верхня і точна нижня грані. Дійсні числа.
- •Практичне заняття № 4 Тема: Верхня та нижня грані множини. Точна нижня та верхня грані.
- •Практичне заняття №5 Тема: Дійсні числа. Формули скороченого множення. Основні нерівності.
- •Практичне заняття №6 Тема: Принцип математичної індукції.
- •Лекція №4. Кардинальні числа.
- •1. Означення кардинального числа (потужності множини).
- •2. Теорема про множину як завгодно великої потужності.
- •3. Зчисленні множини.
- •Лекція №5. Множини потужності континуум, та їх властивості.
- •1. Потужність континуума.
- •2. Властивості потужності континуум.
- •Практичне заняття № 7 Тема: Еквівалентні множини. Зчислені множини. Множини потужності континуум.
- •Елементи топології. Лекція №6. Метричні, нормовані простори. Відкриті, замкнені множини.
- •1. Метричні простори. Приклади. Шар. Сфера.
- •3. Відкриті, замкнені множини. Замикання.
- •Лекція №7. Неперервні функції. Гомеоморфізми.
- •1. Означення неперервної функції та її властивості
- •2. Гомеоморфізми.
- •Лекція №8. Топологічні простори. Еквівалентні метрики і топології.
- •1. Еквівалентні метрики і норми,
- •2. Топологічні простори.
- •Практичне заняття № 8 Тема: Елементи топології
- •Послідовності. Лекція №9. Границя послідовності та її властивості
- •Лекція №10 Послідовності в r1 та в Rn
- •1. Властивості пов’язані з діями над послідовностями дійсних чисел.
- •2. Теорема Вєйєрштрасса про монотонну послідовність. Число е.
- •3. Лема про три границі. Граничні переходи у нерівностях.
- •4. Топологічні добутки. Послідовності в Rn.
- •Практичне заняття №9 Тема: Границя послідовності.
- •Практичне заняття №10 Тема: Обчислення границі послідовності. Число е.
- •Лекція №11 Границя функції. Означення по Коші і Гейне. Чудові границі.
- •1. Границя функції. Означення по Гейне і Коші.
- •2. Чудові границі:
- •Практичне заняття №11 Тема: Границя функції
- •Практичне заняття №12 Тема: 1а, 2а чудові границі.
- •Практичне заняття №13 Тема: Неперервні функції. Точки розриву функції та їх класифікація.
- •Компактні та зв’язні простори. Властивості неперервних функцій на компактних та зв’язних просторах. Лекція № 13 Компактні простори. Компактні множини в r1 і Rn
- •1. Означення компактних просторів. Приклади.
- •2. Властивості і ознаки компактності.
- •3. Теорема Больцано-Вєйерштрасса.
- •Практичне заняття №14 Тема: Компактні простори
- •Лекція № 14 Властивості неперервних функцій на компактних просторах.
- •1. Теореми Вєйерштрасса. Їх трактування в r1 і Rn.
- •2. Рівномірна неперервність. Теорема Кантора.
- •Лекція № 15 Зв'язні простори. Теорема Больцано-Коші в r1. Існування і неперервність оберненої функції для строго монотонної неперервної функції.
- •1. Означення. Неперервні відображення зв'язаних просторів.
- •2. Теорема про обернену функцію
- •Практичне заняття № 15 Тема: Зв’язні множини. Властивості функцій неперервних на відрізку. Рівномірна неперервність.
- •Лекція № 16 Означення та неперервність елементарних функцій.
- •1. Степенева функція.
- •2. Показникова функція.
- •3. Логарифмічна функція.
- •2. Ознаки Коші для границі послідовності і функції в r1. Повнота r1, Rn.
- •Практичне заняття № 16 Тема: Повні простори. Ознака Коші. Теорема про нерухому точку.
- •Завдання для самостійної роботи
- •Лекція №18. Початкові відомості про ряди. Числові ряди.
- •1. Додатні ряди.
- •2. Знакозмінні ряди.
- •3. Абсолютно збіжні ряди.
- •Практичне заняття № 17 Тема: Числові ряди, їх збіжність.
- •Література
2. Чудові границі:
1. Перша чудова границя:
Доведення. Оскільки вираз парний, то можливо припустити що>0.
S∆AOC<SсектораAOC<S∆AOB,
S∆AOC=
SсектораAOC=, (коло R=1),
S∆AOB=
Отримали: поділив нерівність на sinотримуємоабо
(Довести самостійно з означення).
Тоді за лемою про три границі .
2. Друга чудова границя:
Доведення. Покажемо за Гейне:
Нехай , така що. Для кожного nknN таке, що
(як підпослідовність ) і
Звідси, , тобто за Гейне.
Наведемо ще деякі означення границь.
Означення границь для випадку Е = F = R1:
1.
2.
3.
Зауваження: Самостійно сформулювати означення границь для випадку Е= F= R1 при
Лекція №12
Властивості границь. Неперервність. Розриви функцій і
1. Властивості границь функцій.
Теорема 1. Нехай : X F, X, F - топологічні простори, якщо , то 0 - єдине.
(Довести самостійно, подібно аналогічній властивості для послідовностей).
Теорема 2. Нехай : X F, X - топологічний простір, F - метризоване, і в точціо має границю 0 по А, тоді існує окіл U точки о такий, що множина- обмежена.
Доведення. Візьмемо в якості V (згідно означення 1 лекції №11) кулю з центром у0 довільного радіуса R, тоді згідно з означенням границі існує окіл U точки 0 такий, щоналежить цій кулі, тобто обмежена.
Приклад. . Якщо в х0 має границю, то.
Теорема 3. (про границю складної функції). Нехай : X F, g : X G де X, F, G - топологічні простори. Якщо в точці x0 має границю y0 F, a g вточці у0 має границю z0 G, то складна функція в точці x0 має границю z0.
Доведення. Для будь-якого окола V точки z0, , існує окіл, що. Дляокіл, щодля будь-якого околуокіл х0 такий, що ,тобто означення границі виконується.
Розглянемо тепер більш конкретну ситуацію.
Теорема 4. Нехай : X R1, g : X R1 (X - метричний) і мають скінчені границі в xо причому
мають скінчені границі при х х0 відповідно А В,,
Доведення. Використаємо означення Гейне: для довільної послідовності , маємоза властивостями числових послідовностей, що і потрібно було довести. (Аналогічно доводяться і інші твердження).
Означення. Якщо : X R1, де Х - метризований, то будемо говорити, що нескінченно мала величина при, якщо
Кінцева сума нескінченно малих - нескінченно мала; добуток нескінченно малої на обмежену функцію - нескінченно мала (за властивостями границь).
Означення. Дві нескінченно малі при називаються еквівалентними, якщо
Наприклад, sinх~х при .
Означення. -нескінченно мала більш високого порядку ніж () при, якщо
Наприклад. g()=, ()=, тоді g()=o( ()) при .
Теорема 5. Нехай :XR1, g : X R1 (X - метричний) і для кожного , тоді
Якщо : X R1, g : X R1, q:X R1 і для кожного та існують
то існує границя g(x) при і
Доведення, як і властивість 4, за допомогою означення Гейне, та відповідної властивості послідовності.
Теорема 6. Нехай :ER1, де Е, азростаюча на Е. Для того щобмала границю при (гранична для Е), необхідно і достатньо, щоб була обмежена зверху. Для того, щоб вона мала границю при(1 гранична для Е), необхідно і достатньо, щоб вона була обмежена знизу.
Доведення провести самостійно.
2. Неперервність. Розриви.
Враховуючи означення неперервності (див. лекцію №7) і границі функції можна сформулювати висновок.
Означення. Функція ():XF неперервна в точці 0X, якщо
З властивостей границь випливає, що всі ці властивості виконуються для неперервних функцій в точці або на всій множині X.
Зупинимось на властивості 4.
Якщо , g:XR1, де X - метричний простір, то з неперервності в 0 функції i g - неперервні в0. Те ж саме можна сказати відносно складної функції.
Нехай - топологічні простори. Якщо в точці 0 неперервна, а g неперервна в точці , то складна функціянеперервна в точці0.
Приклад. З властивостей неперервних функцій та неперервності функцій , маємо
1. неперервна внеперервна в усіх точках, в яких знаменник не перетворюється в 0.
2. неперервна в- неперервне за виключенням точок у яких знаменник перетворюється в 0 (Q() – многочлен двох змінних).
Зупинимося на функціях :Rn R1 . Як і для границі, з неперервності розділеної по змінним, не слідує неперервність взагалі. Наприклад,
по кожній змінній неперервна в (0,0), але границі не має, тобто неперервною не є.
Означення. Якщо рівність (0) = порушується, то говорять про розрив в точці 0.
Нехай (): R1→ R1 , тоді говорять про розриви:
1. існує і скінчений, але ()не визначена в 0 - розрив, що усувається.
2. Розриви 1-го роду зліва (зправa). Якщо = існує, але
3. Розриви 2-го роду зліва (зправa). Якщо , або не існує, або нескінченний.
Теорема. Монотонна функція має розриви тільки 1-го роду, причому не більше ніж злічене число.
Доведення спирається на теорему про границю монотонної функції. Довести самостійно.