background image

Wykład drugi

Granica funkcji

Zał. Funkcja jest określona w pewnym sąsiedztwie = (x

0

− δ x

0

∪ (x

0

x

0

δ).

Def. Liczba jest granicą funkcji w punkcie x

0

(ozn. lim

x→x

0

(x) = g), jeśli spełniony jest jeden

z dwóch równoważnych warunków:

(1) ∀ > 0∃δ > 0 [|x − x

0

| < δ ⇒ |f (x− g| < ] - def.Cauchy’go

(2) (x

n

⊂ S [(x

n

→ x

0

⇒ ((x

n

→ g)] – def.Heinego

Uwaga 1. Jeżeli istnieje ciąg (x

n

) taki, że (x

n

→ x

0

∧ ((x

n

→ g

1

∧ g

1

6g, to lim

x→x

0

(x6g.

Jeżeli istnieją dwa różne ciągi (x

0

n

), (x


n

) takie, że

(x

0

n

→ x

0

∧ ((x


n

→ g

1

) i (x


n

→ x

0

∧ ((x


n

→ g

2

) oraz g

1

6g

2

,

to lim

x→x

0

(x) nie istnieje.

y = sin(1/x)

w punkcie = 0 nie

 istnieje granica funkcji

-0.04

-0.02

0.02

X

-1.5

-1.0

-0.5

0.5

1.0

Y

Def. Liczba jest granicą lewostronną

(odp.granicą prawostronną) funkcji w punkcie x

0

,

(ozn. lim

x→x


0

(x) = g, odp. lim

x→x

+
0

(x) = g) jeśli

(x

n

⊂ S [(x

n

< x

0

∧ x

n

→ x

0

⇒ ((x

n

→ g)]

(odp.(x

n

⊂ S [(x

n

> x

0

∧ x

n

→ x

0

⇒ ((x

n

→ g)])

Tw.1 lim

x→x

0

(x) = g ⇔ lim

x→x


0

(x) = lim

x→x

+
0

(x) = g.

Tw.2 ( działaniach arytmetycznych na granicach). Jeżeli funkcje f

1

,f

2

są określone na pewnym

otoczeniu punktu x

0

oraz lim

x→x

0

f

1

(x) = g

1

i lim

x→x

0

f

2

(x) = g

2

, to

1. lim

x→x

0

(f

1

(x) + f

2

(x) = g

1

g

2

,

2. lim

x→x

0

(f

1

(x− f

2

(x) = g

1

− g

2

,

background image

3. lim

x→x

0

f

1

(x· f

2

(x) = g

1

· g

2

,

4. lim

x→x

0

f

1

(x)

f

2

(x)

=

g

1

g

2

jeśli g

2

6= 0.

Tw.3 (O trzech funkcjach) Jeżeli w pewnym sąsiedztwie punktu x

0

zachodzą nierówności

(x¬ h(x¬ k(x) dla każdego x ∈ S oraz lim

x→x

0

(x) = lim

x→x

0

k(x) = g, to lim

x→x

0

h(x) = g.

Tw.4 (O granicy funkcji złożonej) Jeżeli lim

x→x

0

(x) = g(x6dla x 6x

0

oraz lim

y→g

h(y) = p,

to lim

x→x

0

h((x)) = p.

Ważne granice. lim

x→0

sin x

x

= 1, lim

x→0

a

x

− 1

x

= ln (lim

x→0

e

x

− 1

x

= 1).

y = sinx/x dla ¹ 0

y = 1 dla x = 0

-15

-10

-5

5

10

X

-0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Y

Granice niewłaściwe

Zał. Funkcja jest określona w pewnym sąsiedztwie = (x

0

− δ x

0

∪ (x

0

x

0

δ).

Def. Funkcja posiada w punkcie x

0

granicę niewłaściwą +∞ (odp.−∞) (ozn. lim

x→x

0

(x) = +,

odp. lim

x→x

0

(x) = −∞), jeśli

(x

n

⊂ S [(x

n

→ x

0

⇒ ((x

n

→ +)]

odp.(x

n

⊂ S [(x

n

→ x

0

⇒ ((x

n

→ −∞)]

Granice w nieskończoności

Def Funkcja posiada w +∞ granicę g, jeśli

(x

n

⊂ D

f

[(x

n

→ +⇒ ((x

n

→ g)]. (ozn. lim

x→+

(x) = g)

Podobnie definiuje się granice w −∞ (właściwe i niewłaściwe).

Ważne granice. lim

x→+



1 +

1

x



x

= lim

x→−∞



1 +

1

x



x

e, lim

x→+



1

x



x

=

1

e

.

background image

Ciągłość funkcji

Zał. Funkcja jest określona na pewnym otoczeniu punktu x

0

.

Def. Funkcja jest ciągła w punkcie x

0

, jeśli lim

x→x

0

(x) = (x

0

).

Uwaga 2. Suma (g), różnica (f − g), iloczyn (f · g) oraz iloraz

 

f

g

gdy g(x

0

6= 0

!

funkcji

ciągłych w punkcie x

0

jest funkcją ciągłą w punkcie x

0

.

Def. Funkcja jest ciągła w zbiorze A ⊂ R, jeśli jest ciągła w każdym punkcie tego zbioru.

Uwaga 3. Wielomiany, f. wymierne, f. trygonometryczne, f. wykładnicze, f. logarytmiczne, f.
hiperboliczne są ciągłe w swoich dziedzinach naturalnych.

Punkt x

0

∈ D

f

, w którym funkcja nie jest ciągła nazywamy punktem nieciągłości tej funkcji.

Jeżeli punkt x

0

jest punktem nieciągłości funkcji i jest ona ciągła na pewnym jego sąsiedztwie,

to nazywamy go odosobnionym punktem nieciągłości funkcji .

Def. Odosobniony punkt nieciągłości x

0

funkcji jest punktem nieciągłości I rodzaju, jeśli

istnieją granice jednostronne lim

x→x


0

(x), lim

x→x

+
0

(x) i są skończone. W przeciwnym wypadku punkt

x

0

jest punktem nieciągłości II rodzaju.

0.5

1.0

1.5

X

1

2

3

Y

-2

-1

1

X

-4

-2

2

4

Y

Punkt nieciągłości I rodzaju (po lewej) i II rodzaju (po prawej)

Uwaga 4. Jeżeli funkcja jest nieciągła w punkcie x

0

i istnieje lim

x→x

0

(x), to można tę niecią-

głość usunąć.

background image

Własności funkcji ciągłych

1. (tw. o ciągłości funkcji odwrotnej) Jeżeli funkcja jest ciągła i rosnąca (odp.malejąca) na

przedziale A ⊂ R, to (A) jest przedziałem oraz funkcja odwrotna f

1

jest ciągła i rosnąca

(odp.malejąca) na przedziale (A).

2. (tw. o lokalnym zachowaniu znaku) Jeżeli funkcja jest ciągła w punkcie x

)

oraz (x

0

0

(odp. (x

0

0), to istnieje takie otoczenie punktu x

0

, że dla każdego x ∈ O ∩ D

f

zachodzi nierówność (x0 (odp.(x0).
Zastosowanie: jeżeli funkcja jest ciągła w punkcie x

0

(x

0

6= 0, to na pewnym otoczeniu

punktu x

0

wartości funkcji mają ten sam znak co liczba (x

0

).

3. (tw. o przyjmowaniu wartości pośrednich) Jeżeli funkcja jest ciągła na przedziale (do-

mkniętym lub otwartym, ograniczonym lub nieograniczonym) oraz dla pewnych x

1

, x

2

(x

1

) = a

1

6(x

2

) = a

2

, to dla każdej liczby leżącej między a

1

a

2

istnieje x ∈ A

taki, że (x) = c.
Zastosowanie: Jeżeli funkcja jest ciągła na przedziale habi oraz (a)·f (b0, to istnieje
c ∈ (ab) taki, że (c) = 0.

4. (tw. o ciągłości funkcji złożonej) Jeżeli funkcja wewnętrzna jest ciągła w punkcie x

0

i

funkcja zewnętrzna jest ciągła w punkcie y

0

(x

0

), to funkcja złożona g ◦ f jest ciągła

w punkcie x

0

.

5. (tw. o wchodzeniu granicy do argumentu funkcji ciągłej) Jeżeli istnieje granica właściwa

lim

x→x

0

(x) = y

0

i funkcja zewnętrzna jest ciągła w punkcie y

0

, to

lim

x→x

0

(g ◦ f )(x) = g



lim

x→x

0

(x)



g(y

0

)

6. (tw.Weierstrassa) jeżeli funkcja jest ciągła na przedziale domkniętym habi, to

(a) jest ograniczona w habi (tzn.∃m, M ∈ ∀x ∈ habi [m ¬ f (x¬ M ]),

(b) istnieją takie liczby x

1

, x

2

∈ habi, że sup

x∈ha;bi

(x) = (x

1

) oraz

inf

x∈ha;bi

(x) = (x

2

).