4.6. Бесконечно малые функции
Определение 1.
Функцию
называют
бесконечно малой
функцией при x,
стремящемся к a,
а
,
( б.м. функцией при х
→ а) ,если
она определена в
и если
.
Аналогичны определения функций, бесконечно малых при x, стремящемся к , к , а также к , к – , к .
Пример 1.
является б.м. функцией при х
→ 0 ( п.4.2., пример 1 ).
Пример 2. Пусть
а,
C и
– заданные вещественные числа, причем
и
.
Степень
определена, если ее основание положительно,
т.е. при
.
Положим
и покажем, что
является б.м. функцией при
.
Нужно доказать:
:
:
.
Пусть задано
.
Рассмотрим неравенство
,
т.е.
.
При
оно равносильно неравенству
,
поэтому, если положить
,
то можем записать:
.Так
как здесь
- произ- вольное положительное число,
то мы установили: для любого ε>0
существует δ
> 0 ( например, δ
=
)
такое, что для всякого х,
удовлетворяющего неравенствам 0 <х
– a
< δ
справедливо
| α;
(x
) | < ε.
Тем самым равенство
доказано.
Замечание 1 Для некоторых > 0 степень определена и при х < a ( например, для μ N ). Для таких μ является б.м. функцией при . Доказательство аналогично приведенному выше.
Пример 3. Пусть
C и
– заданные вещественные числа, причем
и
.
Функция
является б.м. функцией при
.
означает :
.
Пусть задано
.
Рассмотрим неравенство
,
т.е.
.
При
оно равносильно неравенству
,
поэтому, если положить
,
то при
справедливо
,
таким образом,
.Так
как здесь
– произвольное положительное число,
то равенство
доказано.
Замечание 2.
Если
показатель
> 0 таков, что степень
определена и при
(например,
),
то
является функцией, бесконечно малой
при
и при
.
Доказательство аналогично приведенному
выше.
Для б.м. функций справедливы утверждения, аналогичные теоремам о б.м. последовательностях из п.3.4.: сумма б.м. функций есть б.м. функция, произведение ограниченной функции на б.м. функцию есть б.м. функция; справедлива и теорема, аналогичная теореме 3.
Теорема 1.
( О разности
между функцией и числом )
Пусть функция f
определена в
,
,
и пусть А
– заданное число. Положим
.
Чтобы А было
пределом f(x)
при х,
стремящемся к а
, необходимо
и достаточно, чтобы
α
(х)
была б.м. функцией при
Пусть
–последовательность
такая, что 1)
и
2)
.
Рассмотрим последовательности
и
.
Так как
,
то по теореме 3, п.3.4.
.
Пусть
.
Тогда
для всякой последовательности
,
удовлетворяющей условиям 1) и 2);
следовательно, для всякой такой
последовательно- сти
выполняется
,
а это означает, что
,
т.е.
.
Аналогично можно доказать обратное
утверждение:
.
4.7. . Бесконечно большие функции
Пусть функция определена в , .
Определение 1.
Будем
говорить, что при х,
стремящемся к а,
функция
стремится к
( к –
, к
), если для любой последовательности
,
удовлет- воряющей условиям 1)
и 2)
,
последовательность
значений функции стремится к
( к –
, к
) соответственно , т.е. если
.
Эквивалентные условия на языке “ – ” можно записать так :
.
Если функция
при
стремится к ,
к –
или к ,
будем запи- сывать
(–,
)
или
(–,
).
Функции, стремящиеся при
к ,
–
или ,
называют
бесконечно большими при
х,
стремящемся к а
(б.б. функциями
при
).
Теорема 1. (
О связи между
б.б. и б.м. функциями )
Пусть функция
опре- делена в
,
,
причем
при всех
.
Обозначим:
.
Тогда :
1) если
,
то
;
2) если
,
то
.
1) Пусть
последовательность
удовлетворяет условиям 1)
и
2)
.
Поскольку
– функция, бесконечно малая при
,
то
.
Тогда по теореме 1,п.3. 7,
.
Отсюда, так как
– произвольная последова- тельность,
удовлетворяющая условиям 1) и 2), следует:
.
Утверждение 2) теоремы доказывается аналогично.
Пример 1. Пусть
,
при
.
Знаменатели этих дро- бей стремятся к
нулю при
,
поэтому из теоремы 1 следует, что
и
являются б.б. функциями при
.
Заметим, что если
для некоторой функции
справедливо
или
,
то для нее справедливо и
.
Но из
не следует, вообще говоря, что
стремится либо к ,
либо к –.
Так,
стремится к
при
;
можно также записать
.
Функция α1(х)
стремится к
при
,
при этом она не стремится ни к ,
ни к –.
