Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ. Ч1.pdf
Скачиваний:
250
Добавлен:
27.05.2019
Размер:
3.56 Mб
Скачать

77

6)

Рассмотрим две функции y = f (u) и u =ϕ(x) .

Функция y = F(x) , заданная по правилу: каждому x ставится в соот-

ветствие y = f (ϕ(x)) , называется сложной функцией относительно перемен-

ной x , u при этом называется промежуточным аргументом сложной функции.

§ 3. Абсолютные величины и соотношения, связанные с ними

Определение. Абсолютной величиной (или модулем) действительного числа a называется: само число a , если a – положительное число; нуль, если число a – нуль; число, противоположное числу a , если a – отрицательное число, т.е.:

a =

a, если a > 0, 0, если a = 0,

a, если a < 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства модуля действительного числа

1.

 

 

a + b

 

 

 

a

 

+

 

 

 

b

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

a b

 

 

=

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

b

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

a

 

=

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b 0 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

 

a b

 

 

 

 

 

a

 

 

b

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 4. Последовательность. Характер изменения переменных величин

Пусть дано некоторое множество чисел, расположенных в определенном порядке:

2 , 4 , 8 , …, 2n , …

(1)

Определение. Числовой последовательностью называется занумеро-

ванное множество чисел, расположенных в порядке возрастания их номеров: u1 , u2 , …, un , …,

u1 , u2 , … – элементы последовательности;

un общий член последовательности: выражение для un – формула для вычисления любого члена последовательности.

Впоследовательности (1) un = 2n .

Вматематике различают постоянные и переменные величины. Пере-

менные величины, в свою очередь, бывают дискретными и непрерывными.

Пример 1.

tg x – непрерывная величина; выражение (3.1) – дискретная величина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

78

Определение.

Переменная величина

y называется ограниченной,

ес-

ли существует число C > 0 , что для всех своих значений

 

 

y

 

C . В против-

 

 

ном случае величина y называется неограниченной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

Рассмотрим

 

 

 

 

 

функцию

y = tg x

 

 

 

 

(рис. 3.13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

π

Если

 

 

π

;

π

, то

функция

y

 

x

4

4

 

4

2

ограниченная, т.к.

 

y

 

C =1.

 

 

 

 

 

 

 

π

O π

 

x

 

 

π

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

Если

 

;

, то

функция

y

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неограниченная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение.

Бесконечно малой (б/м) называется переменная вели-

чина α , которая при последовательном изменении по абсолютному значению становится и при дальнейшем изменении остается меньше любой, наперед заданной сколь угодно малой положительной величины ε : α 0.

Пример 3.

α : 12 , 13 , …, 1n , …

0 – единственное б/м постоянное число.

Определение. Бесконечно большой (б/б) называется переменная величина β , которая при последовательном изменении по абсолютному значению становится и при дальнейшем изменении остается больше любого, наперед заданного сколь угодно большого положительного числа N : β → ∞.

§ 5. Понятие о пределе переменной

Рассмотрим переменную величину x , которая изменяется следующим образом:

x : 3,1; 3,01; 3,001; … 2,9 ; 2,99 ; 2,999 ; …

При последовательном изменении значение x приближается к значению 3 :

x 3 : 0,1; 0,01; 0,001; …

В этом случае говорят, что величина x 3 : x 3 lim x = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79

 

 

Определение.

Постоянная величина a называется пределом перемен-

ной x , если разность x a есть б/м величина, т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim x = a

 

x a =α – б/м величина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 6. Окрестность точки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 1.

Окрестностью точки x0 радиуса ε (ε > 0 ) называет-

ся множество всех действительных чисел x таких, что

 

x x0

 

 

< ε

(рис. 3.14).

 

 

 

 

Определение 2.

Проколотой

окрестностью точки

x0

радиуса

ε

(ε > 0 ) называется множество всех

действительных

 

чисел

x

таких,

что

0 <

 

x x0

 

< ε (рис. 3.15).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения:

Oε (x0 ) – ε -окрестность точки x0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O&

(x ) – проколотая ε -окрестность точки x .

 

 

 

 

 

 

 

ε

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

x ε

 

x0 +ε

 

x0 ε

 

 

x +ε

 

 

0

 

 

 

 

)

 

 

(

 

0

 

 

 

 

 

(

x0

 

x

 

x

)

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

окрестность точки x0

 

проколотая окрестность точки x0

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.14

 

 

 

 

Рис. 3.15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 7.

Предел функции в точке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть дана функция

f (x) ,

определенная в проколотой окрестности

точки x0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 1.

Число b называется пределом функции f (x) в точке

x0 (при x x0 ), если для любого сколь угодно малого числа ε > 0 существу-

ет δε > 0

 

такое,

что для всех x ,

 

удовлетворяющих соотношению

0 <

 

x x0

 

<δε , выполняется неравенство

 

f (x) b

 

< ε .

 

 

 

 

 

 

Обозначение:

lim f (x) = b .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xx0

 

 

 

 

Геометрический смысл предела

y

f (x)

b +ε

b b ε

O

x0

δε x0 x0

 

+δε x

 

Рис. 3.16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

Пример 1.

Доказать:

 

lim(3x +1) = 7 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство.

 

 

 

 

Для любого ε > 0 имеем:

 

 

 

f (x) 7

 

 

 

 

< ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x +17

 

=

 

 

 

3x 6

 

= 3

 

 

 

x 2

 

< ε

 

x 2

 

 

< ε =δε .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, для любого

ε > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

существует δε

 

=

такое, что как

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

только

 

 

 

 

<δε

 

 

 

 

 

 

 

< ε . Следовательно, lim(3x +1) = 7 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 2.

Число

b

 

называется

пределом

функции

 

f (x) при

x → +∞, если для любого сколь угодно малого числа ε > 0

 

 

существует такое

Nε , что для всех x > Nε выполняется неравенство

 

f (x) b

 

< ε .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрический смысл предела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b +ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

Nε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2.

Доказать:

 

 

lim

 

x2 +sin x

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство. Для любого ε > 0 имеем:

 

 

 

 

 

 

f (x) 1

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

x2

+sin x

 

1

 

=

 

 

sin x

 

 

<

 

 

1

 

 

=

 

1

 

=

 

 

 

 

1

 

 

 

< ε

 

 

 

 

 

x

 

>

 

1

 

= Nε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

x2

 

 

 

x

2

 

 

 

 

x

 

2

 

 

1

 

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nε =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда для любого ε > 0 существует такое

 

 

 

 

,

 

 

 

 

что как только

 

 

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x > Nε

 

 

 

 

 

 

 

f (x) 1

 

< ε . Следовательно, lim

 

x2

+sin x

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 8.

Односторонние пределы функции в точке

 

 

 

 

 

 

 

Определение 1.

Число

b1

 

 

 

называется

пределом

функции

 

f (x) при

x x0

 

слева, если для любого сколь угодно малого числа ε > 0

существует

такое

 

 

δε

> 0 ,

 

 

 

что

 

 

для

всех

 

 

x ,

 

 

удовлетворяющих

соотношению

x0 δε

< x < x0 , выполняется неравенство

 

f (x) b1

 

< ε .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначение:

 

 

 

 

lim

f (x) = b1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xx0 0