background image

Józef Szymczak 

 

Granica funkcji w punkcie 

(notatki z wykładu) 

 

Definicja granicy funkcji  
Funkcja 

)

(x

f

 ma w punkcie 

0

x

 granicę równą  g  gdy dla każdego ciągu argumentów 

)

(

n

x

, gdzie 

0

x

x

n

 i 

f

n

D

x

 dla każdego n

jeżeli 

0

lim

x

x

n

n

=

, to 

g

x

f

n

n

=

)

(

lim

Zapisujemy ten fakt symbolicznie: 

g

x

f

x

x

=

)

(

lim

0

 

Granica w punkcie 

0

x

 może być w szczególności granicą niewłaściwą. Można też rozpatry-

wać granicę w punkcie niewłaściwym (

+

  

lub

  

). 

 

W  celu  stwierdzenia,  że  w  punkcie 

0

x

  funkcja  nie  ma  granicy,  wystarczy  wskazać  dwa 

różne  ciągi  argumentów  zbieżne  do  punktu 

0

x

  takie,  że  odpowiednie  ciągi  wartości  funkcji  są 

zbieżne do różnych granic. 
 

Przykład 1. Wykażemy na podst. definicji, że 

2

lim

2

3

2

1

=

x

x

x

Wybierając dowolny ciąg 

)

(

n

x

 argumentów taki, że 

1

lim

=

n

n

x

, otrzymujemy następującą 

granicę ciągu wartości funkcji: 

2

2

3

2

2

1

3

1

2

2

3

2

lim

(

lim

)

=

=

=

=

n

n

x

x

x

f

n

n

n

 
 

Przy obliczaniu granic funkcji w punkcie 

0

x

 ważnymi pojęciami są granice jednostronne: 

lewostronna i prawostronna.  

Funkcja 

)

(x

f

 ma w punkcie 

0

x

 

granicę lewostronną (właściwą lub niewłaściwą) równą g

co zapisujemy symbolicznie 

g

x

f

x

x

=

)

(

lim

0

gdy dla każdego ciągu argumentów 

)

(

n

x

 należących do dziedziny funkcji takich, że 

0

x

x

n

<

jeżeli 

0

lim

x

x

n

n

=

, to 

g

x

f

n

n

=

)

(

lim

Analogicznie definiujemy 

granicę prawostronną funkcji 

)

(x

f

 w punkcie 

0

x

, którą 

zapisujemy symbolicznie: 

g

x

f

x

x

=

+

)

(

lim

0

Uwaga.  

g

x

f

g

x

f

g

x

f

x

x

x

x

x

x

=

=

=

+

)

)

)

(

lim

(

lim

(

lim

0

0

0

 

 

Jeśli granice jednostronne funkcji 

)

(x

f

 w punkcie 

0

x

 są różne, to mówimy, że funkcja nie 

ma granicy w tym punkcie. 

 

background image

 

1

sgn

)

(

lim

0

=

x

x

,   

1

sgn

)

(

lim

0

=

+

x

x

Funkcja 

)

(

sgn x

 nie ma zatem granicy w punkcie 

0

0

=

x

 

Zauważmy, że dla funkcji stałej 

c

x

f

=

)

(

 mamy  

c

c

x

x

=

0

lim

  w każdym punkcie 

R

x

0

 

 

 

−∞

=

x

x

1

0

lim

 

 

=

+

x

x

1

0

lim

 

 
 
 

 

0

1

lim

=

−∞

x

x

 

 

0

1

lim

=

x

x

 

 
 
 

Ogólnie możemy zauważyć, że jeżeli 

0

>

a

, to 

−∞

=

x

a

x

0

lim

 i 

=

+

x

a

x

0

lim

 natomiast 

=

x

a

x

0

lim

 

−∞

=

+

x

a

x

0

lim

 
Twierdzenie (o granicy sumy, iloczynu i ilorazu funkcji) 

Jeżeli 

a

x

f

x

x

=

)

(

lim

0

 oraz 

b

x

g

x

x

=

)

(

lim

0

, to 

b

a

x

g

x

f

x

x

+

=

+

))

(

)

(

(

lim

0

;    

b

a

x

g

x

f

x

x

=

))

(

)

(

(

lim

0

;    

b

a

x

g

x

f

x

x

=

)

(

)

(

0

lim

  (

0

  

,

0

)

(

g

x

g

). 

 

Uwaga.  Granice  funkcji  przy  warunku,  gdy 

x

  lub  gdy 

−∞

x

  obliczamy  podobnie  jak  dla 

ciągów.  Zapamiętać  przy  tym  trzeba  też  zachowanie  się  podstawowych  funkcji  elementarnych, 
gdy argument zmierza do nieskończoności.

 

 
Przykłady. 

1. 

0

]

3

[

3

3

)

3

(

3

)

3

1

1

(

2

lim

lim

lim

=

=

+

=

+

+

=

+

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

.

 

2. 

6

)

3

(

lim

lim

lim

3

3

2

3

3

)

3

)(

3

(

3

9

=

+

=

+

=

x

x

x

x

x

x

x

x

x

.

 

3. 

1

)

3

)(

(

lim

lim

lim

1

2

)

3

)(

2

(

2

6

5

2

2

2

2

=

=

=

+

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

.

 

4. 

−∞

=

=

+

+

]

[

lim

0

3

2

1

2

x

x

x

.            5.  

−∞

=

=

+

]

[

lim

0

2

-

3

1

3

x

x

x

.          6.  

=

=

+

]

[

lim

0

5

2

2

4

5

x

x

7. 

−∞

=

=

]

[

lim

0

5

2

2

4

5

x

x

.        8.  

=

=

+

]

[

1

0

lim

e

e

x

x

.               9.  

0

]

[

1

0

lim

=

=

e

e

x

x

10. 

=

x

x

ln

lim

.          11. 

−∞

=

+

x

x

ln

lim

0

 

W przypadku granic funkcji zachodzą następujące wzory (tożsamości): 

1

arctan

arcsin

tan

sin

0

0

0

0

lim

lim

lim

lim

=

=

=

=

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

e

x

x

x

x

x

x

x

x

x

=

+

=

+

=

+

−∞

1

0

)

1

(

)

1

1

(

)

1

1

(

lim

lim

lim

.

 

 

background image

Przykład. 

1

lim

lim

lim

sin

)

cos(

cos

0

2

0

2

2

=

=

+

=

y

y

y

y

x

x

y

y

x

π

π

π

.

 

 
 

Asymptoty funkcji 

 

 

Prosta  

0

x

x

=

, gdzie 

f

D

x

0

, jest asymptotą pionową 

funkcji f, gdy przynajmniej jedna z granic jednostronnych 

)

(

lim

0

x

f

x

x

 lub 

)

(

lim

0

x

f

x

x

+

 jest niewłaściwa. 

Asymptota pionowa może być zatem jednostronna lub 

obustronna. 

Na przykład funkcja 

3

2

)

(

=

x

x

x

f

 ma asymptotę pionową 

obustronną o równaniu 

3

=

x

, ponieważ 

−∞

=

=

]

[

lim

0

9

3

2

3

x

x

x

  oraz  

=

+

+

=

]

[

lim

0

9

3

2

3

x

x

x

 
 

 

Prosta  

0

y

y

=

,  jest 

asymptotą poziomą funkcji f, gdy 

0

)

(

lim

y

x

f

x

=

−∞

  lub  

0

)

(

lim

y

x

f

x

=

Na przykład funkcja 

3

2

4

)

(

=

x

x

x

f

 ma asymptotę 

poziomą o równaniu 

2

=

y

, ponieważ 

2

2

4

3

2

4

lim

=

=

±∞

x

x

x

Asymptota pozioma jest szczególnym przypadkiem 

asymptoty ukośnej 

 
 

 

Prosta   

b

ax

y

+

=

,    jest 

asymptotą  ukośną  funkcji  f,  gdy 

0

))

(

)

(

(

lim

=

+

b

ax

x

f

x

 (lub gdy 

0

))

(

)

(

(

lim

=

+

b

ax

x

f

x

)  

Z  powyższej  zależności  wynikają  wzory  na  wyznaczanie 

współczynników  asymptoty  ukośnej  (jeśli  istnieją  odpowiednie 
granice): 

 

x

x

f

x

a

)

(

lim

±∞

=

 

)

)

(

(

lim

ax

x

f

b

x

=

±∞

 

 

Przykład. Wyznaczyć asymptotę ukośną funkcji 

3

2

2

)

(

=

x

x

x

f

. Dziedziną tej funkcji jest zbiór 

}

3

{

-

R

Zauważmy, że 

=

3

2

lim

x

x

x

−∞

=

−∞

3

2

lim

x

x

x

, czyli funkcja nie ma asymptoty poziomej. 

2

3

2

)

3

(

2

)

(

lim

lim

lim

2

=

=

=

±∞

±∞

±∞

x

x

x

x

x

x

x

f

x

x

x

, skąd wynika, że 

2

=

a

6

3

6

3

6

2

2

2

3

2

)

)

(

(

lim

lim

)

(

lim

lim

2

2

2

=

=

+

=

=

±∞

±∞

±∞

±∞

x

x

x

x

x

x

x

x

x

ax

x

f

x

x

x

x

, więc 

6

=

b

Prosta 

6

2

+

=

x

y

 jest zatem asymptotą ukośną funkcji 

3

2

2

)

(

=

x

x

x

f

 

background image

Ciągłość funkcji w punkcie 

 

Definicja funkcji ciągłej  

Funkcja 

)

(x

f

 jest ciągła w punkcie 

a

, jeżeli 

1.

 

funkcja ta jest określona w pewnym otoczeniu punktu 

a

2.

 

istnieje granica 

)

(

lim

x

f

a

x

3.

 

granica ta jest równa wartości funkcji w punkcie 

a

, tzn. 

)

(

)

(

lim

a

f

x

f

a

x

=

 

Funkcja  jest  ciągła  w  każdym  punkcie  pewnego  przedziału,  jeżeli  jest  ciągła  w  każdym  punkcie 

wewnętrznym  tego  przedziału  oraz  prawostronnie  ciągła  na jego  lewym  końcu  i  lewostronnie  ciągła  na 
jego prawym końcu, pod warunkiem, że końce te należą do danego przedziału. 

 
Punkt, w którym naruszone są warunki ciągłości, nazywamy punktem nieciągłości danej funkcji. 
 

 

 

Obok przedstawione są 

graficznie przykłady różnych 
punktów nieciągłości. 

Punkty 

3

2

1

 

,

 

,

x

x

x

 to tzw. 

punkty nieciągłości I rodzaju. 

W punktach nieciągłości II 

rodzaju nie istnieje przynajmniej 
jedna granica jednostronna 

 
 
Uwaga. 

Każda funkcja elementarna jest ciągła na całej swojej dziedzinie

Suma i iloczyn funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą. 
Iloraz  funkcji  ciągłych  jest  funkcją  ciągłą  we  wszystkich  punktach,  w  których  mianownik  nie 

przyjmuje wartości zerowej.  

Złożenie funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą. 
 

Przykład. Zbadać ciągłość funkcji  

<

=

0

  

dla

  

0

  

dla

  

1

)

(

/

1

x

x

x

e

x

f

x

.

 

W przypadku tej funkcji należy sprawdzić jej ciągłość w punkcie 

0

=

x

, ponieważ dla wszystkich 

niezerowych argumentów funkcje składowe są ciągłe (jako funkcje elementarne). Mamy więc: 

0

)

0

(

=

f

1

0

1

/

1

0

0

1

lim

(

lim

)

=

=

=

x

e

x

x

x

f

0

0

0

lim

(

lim

)

=

=

+

+

x

x

f

x

x

 
Widzimy, że badana funkcja ma różne granice 

jednostronne  dla 

0

=

x

,  a  więc  nie  jest  ciągła  w 

tym  punkcie  (graficznie  następuje  przeskok 
wykresu przy przejściu przez ten punkt). 

 
 

 

 

background image

Zadanie. Zbadać ciągłość funkcji  

<

=

0

  

dla

  

1

0

  

dla

  

)

(

x

e

x

x

x

f

x

 

 
 

Twierdzenie  (własność Darboux o wartościach pośrednich funkcji ciągłej) 
Funkcja 

)

(x

f

y

=

 ciągła na przedziale 

>

<

b

 

;

, dla której 

)

(

)

(

b

f

a

f

, przyjmuje 

na tym przedziale wszystkie wartości zawarte pomiędzy 

)

(a

f

 i 

)

(b

f

 

Z twierdzenia Darboux wynika następujący 

 

Wniosek.  Jeżeli  funkcja 

)

(x

f

y

=

  jest  ciągła  na  przedziale 

>

<

b

 

;

  oraz 

0

)

(

)

(

<

b

f

a

f

  (czyli  funkcja  przyjmuje  na  końcach  tego  przedziału  wartości  o 

różnych znakach), to istnieje przynajmniej jeden punkt 

)

 

;

(

b

a

c

 taki, że 

0

)

(

=

c

f

 

(miejsce zerowe funkcji). 

 

Wniosek ten jest wykorzystywany przy obliczaniu przybliżonych wartości rozwiązań równań 

postaci 

0

)

(

=

x

f

 

Przykład. Sprawdzić, czy istnieje rozwiązanie równania 

0

2

2

=

x

x

 w przedziale 

>

<

0

 

;

1

Jeśli  rozważymy  lewą  stronę  równania  jako  funkcję 

x

x

x

f

2

)

(

2

=

,  to  widzimy,  że 

2

1

1

2

1

)

1

(

=

=

f

1

2

0

)

0

(

0

=

=

f

. Dana funkcja jest ciągła, ma na końcu tego przedziału wartości 

o różnych znakach, a więc  musi istnieć w tym przedziale punkt będący  miejscem zerowym rozważanej 
funkcji, czyli istnieje rozwiązanie wyjściowego równania. 

 

Zadanie. Sprawdzić, czy równanie  

0

2

ln

=

+

x

x

  ma rozwiązanie w przedziale 

>

<

2

 

;

1