Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект Беляева.doc
Скачиваний:
115
Добавлен:
24.11.2018
Размер:
9.69 Mб
Скачать

§ Разрывы монотонной функции.

Т˚. Монотонно возрастающая (убывающая) на промежутке Х функция f (x) может иметь во внутренних точках лишь разрывы 1-го рода.

∆ Пусть - внутренняя точка Х и f (x) монотонно возрастает. Тогда слева от

f (x) < f () и, следовательно, ограничена сверху. и

а) если то функция непрерывна слева в т.,

б) если то функция разрывна слева в т..

Тогда справа от функция f (x) > f () и, следовательно, ограничена снизу. Следовательно , и

а) если то функция непрерывна справа в т.,

б) если то функция разрывна справа в т..

Т.к. пределы функции в точке и слева и справа существуют и конечны, то в т. , в худшем случае, будут разрывы 1-го рода.

Т˚. (Критерий непрерывности монотонной функции). Если значения монотонно возрастающей функции содержатся в промежутке Y и сплошь заполняют его (т.е. ), то эта функция непрерывна на Х. ∆▲

§ Теорема о промежуточном значении непрерывной функции (Больцано-Коши)

Т˚. Функция, непрерывная на промежутке и принимающая какие-либо два значения, принимает и всякое промежуточное значение. (Значения, которые принимает непрерывная функция на промежутке, сами заполняют некоторый промежуток).

Пусть I – интервал; . f (a) = α; f (b) = β.

Тогда | f (c) = γ.

Вспомогательный факт: если f (x) непрерывна в т. и f () = ξ > γ,

то f (x) > γ.

Аналогично: если f () = ξ < γ

то f (x) < γ.

∆ Рассмотрим все , для которых . Т.е. .

Множество Х – не пусто, т.к. f (a)< γ и ограничено сверху (например, числом b).

Тогда .

Докажем, что f (c) = γ (от противного).

1). , т.е. ,

что противоречит тому, что с = sup X.

2). , т.е. ,

и это вновь противоречит тому, что с = sup X.

Таким образом f (c) = γ. ▲

Т˚. Непрерывная на замкнутом промежутке функция f (x), на концах промежутка принимающая значение разных знаков, неминуемо внутри промежутка обращается в ноль.

∆ Доказательство проведем методом вилок

Положим и . Делим отрезок пополам точкой с . Если то теорема доказана. Если же , то на одном из двух промежутков или функция имеет разные знаки на концах . Пусть это отрезок, например .

Положим и . Получим промежуток .

Продолжая эту процедуру мы либо на некотором конечном шаге найдем точку с в которой , либо получим бесконечную последовательность вложенных замкнутых промежутков, удовлетворяющих условию .

При этом . Значит существует с  общая точка всех промежутков для которой справедливы равенства  . Учитывая что, делаем заключение  . ▲

§ Существование экстремумов непрерывной функции на сегменте (теорема Вейерштрасса)

Т˚ Функция непрерывная на замкнутом промежутке необходимо ограничена на этом промежутке и достигает на нём своих точных верхней и нижней граней.

| |

∆ 1) Допустим, что f (x) неограниченна сверху для . Тогда |

Построив последовательность выделим из неё сходящуюся последовательность , тогда, по непрерывности , но . Полученное противоречие, доказывает ограниченность функции сверху. (Аналогично доказывается ограниченность функции снизу.

  1. Докажем, что достигается, т.е. | .

Вновь от противного: пусть это не так. Тогда

Рассмотрим непрерывна и, следовательно (из 1)), ограничена, т.е. , т.е. .

Последнее неравенство противоречит тому, что . (аналогично с точной нижней гранью). ▲

Т. (об обратной функции). Если y = f (x) определена, монотонно возрастает (убывает) и непрерывна в некотором промежутке Х, то в соответствующем промежутке Y значений этой функции существует однозначная обратная функция x = также монотонно возрастающая (убывающая) и непрерывная.

∆ (для возрастающей функции) . Отметим, что

  1. Существование обратной функции. Если f (x) непрерывна, то её значения заполняют промежуток Y сплошным образом, т.е. | . Единственность такого x следует из монотонности исходной функции.

Тогда : , т.е. x = .

  1. Монотонность. Пусть . Т.е. x = – монотонна.

  2. Непрерывность (из критерия непрерывности монотонной функции). Значения

x = сплошь заполняют промежуток Х и – монотонна. ▲

§ Обратные тригонометрические функции

1

. y = sin x

Синусом числового аргумента называется синус угла в соответствующее число радиан. Синусом угла называется ордината конца подвижного радиуса, отвечающего заданному углу, на тригонометрическом круге (на круге единичного радиуса).

R. Функция нечетная, периодичная с периодом Т = 2.

Ее график приведен выше.

Решение простейших уравнений Z ,

Z ,

Z .

А уравнение

На промежутке функция y = sin x монотонно возрастает и непрерывна.

Следовательно, существует обратная к ней функция:

y = arcsin x . Справа приводим ее график.

Def.

, .

Отметим, что

Z .

И тогда можно решить, приведенное выше простейшее уравнение

Z .

2

. y = cos x

Косинусом числового аргумента называется синус угла в соответствующее число радиан. Косинусом угла называется абсцисса конца подвижного радиуса, отвечающего заданному углу, на тригонометрическом круге (на круге единичного радиуса).

R. Функция четная, периодичная с периодом Т = 2.

Ее график приведен выше.

Решение простейших уравнений Z ,

Z ,

Z .

А уравнение

На промежутке функция y = cos x монотонно убывает и непрерывна.

Следовательно, существует обратная к ней функция:

y = arccos x . Справа приводим ее график.

Def.

, .

Отметим, что

Z .

И тогда можно решить, приведенное выше простейшее уравнение

Z .

Приведем еще несколько полезных соотношений

.

  1. y

    = tg x

Тангенсом числового аргумента называется отношение синуса и косинуса того же аргумента. Его величина равна ординате точки пересечения продолжения радиуса подвижного круга с вертикальной прямой, проходящей через точку с координатами ( 1, 0) на тригонометрическом круге (эта прямая называется осью тангенсов).

D(tg) = R\{xx = Z } Е(tg) = R.

Функция нечетная, периодичная с периодом Т = .

График функции приведен выше.

Решение простейших уравнений tgZ ,

tgZ ,

tgZ ,

А уравнение tg

Н

а промежутке функция y = tg x монотонно возрастает и непрерывна.

Следовательно, существует обратная к ней функция:

y = arctg x . Справа приводим ее график.

Def.

R , E(arctg) = .

Отметим, что Z .

И тогда можно решить, приведенное выше простейшее уравнение

Z .

Приведем еще несколько полезных соотношений

.

4

. y =ctg x

Котангенсом числового аргумента называется отношение косинуса и синуса того же аргумента. Его величина равна абсциссе точки пересечения продолжения радиуса круга с горизонтальной прямой, проходящей через точку с координатами ( 0, 1) на тригонометрическом круге (эта прямая называется осью котангенсов).

D(сtg) = R\{xx = Z } Е(сtg) = R.

Функция нечетная, периодичная с периодом Т = .

График функции приведен выше.

Решение простейших уравнений сtgZ ,

сtgZ , сtgZ ,

А уравнение сtg

На промежутке функция y = ctg x монотонно убывает и непрерывна.

Следовательно, существует обратная к ней функция:

y = arcсtg x . Справа приводим ее график.

Def.

R , E(arctg) = .

Отметим, что Z .

И тогда можно решить, приведенное выше простейшее уравнение

сZ .

Приведем еще несколько полезных соотношений 

,

.