background image

Strona 1 z 19 

 

Analiza matematyczna 1 

 

KRÓTKI KURS LOGIKI 

 

–>  Zdanie w logice (p, q) jest prawdziwe lub fałszywe. Zdanie, któremu możemy przypisać wartość 0 lub 1. 
–>  Zdania złożone przez spójniki: 

∩ (i) – koniunkcja  

∪ (lub) – alternatywa 

 

 
 

 

 

∼ (zaprzeczenie) – nieprawda, że 

p  ∼ p 
0  1 

1  0 

⟹ implikacja (jeżeli p to q) 

 

p ⟹ q 

 

⟺ równoważność (p jest równoważne q) 

p  q 

p ⟺ q 

1  1 

1  0 

0  1 

0  0 

 (p ⟺ q) ⟺ [(p ⟹ q) ∩ (q ⟹ p)] 

 

tautologia 

–  zadanie,  które  jest  zawsze  prawdziwe  bez  względu  na  to  jakie  wartości  logiczne  mają  zdania 

pojedyncze. 

 

(p ⟹ q) ⟺ (∼ p ∪ q) 

 

Sprawdzanie za pomocą tabelki: 

p  q 

p ⟹ q 

∼ p ∪ q 

(p ⟹ q) ⟺ (∼ p ∪ q) 

1  1 

1  0 

0  1 

0  0 

–>  Dowody nie wprost  

∼ (p ⟹ q) ⟺ ∼[(∼ p) ∪ q] 
∼ [(∼ p) ∪ q] ⟺ [∼ (∼ p) ∩ (∼ q)] ⟺(p ∩ ∼ q) 

∼ (p ⟹ q) ⟺ (p ∩ ∼ q) 

 

[(p ∪ q) ∩ (∼ p)] ⟹ q 

 

Załóżmy, że to nie jest tautologia, tzn. to zdanie może być fałszywe, a to jest wtedy gdy (p ∪ q) ∩     (∼ p) jest prawdziwe 

i q jest fałszywe. (p ∪ q) ∩ (∼ p) ma wartość 1 ⟺ p ∪ q jest prawdziwe oraz   ∼ p jest prawdziwe, ⟹ p jest fałszywe, ale 
wiemy, że q też jest fałszywe ⟹ p ∪ q jest fałszywe,       ⟹ p ∪ q nie jest prawdą. 

 

KWANTYFIKATORY

 

–> 

 (dla każdego) 

 

–> 

 (istnieje) 

 

–> 

 ! (istnieje tylko jeden) 

 

–>    ⋀ g(x)           ⋁ f(x) 

       x∊X  

   x∊X 

 

–>    ∼[⋀   g(x)]    ⟺      ⋁  [∼ f(x)] 
            x∊X  

               x∊X   

–>    ∼[⋁   f(x)]    ⟺      ⋀  [∼ g(x)] 
            x∊X  

              x∊X 

 

p  q  p ∩ q  p ∪ q 

1  1  1 

0  1  0 

1  0  0 

0  0  0 

background image

Strona 2 z 19 

 

1.  ⋁ [ f(x) ∩ g(x)] ⟹     ⋁    f(x)     ∩     ⋁      g(x)     } dobre wnioskowanie 

              x∊X                               x∊X                    x∊X                 

2.  [⋁    f(x)     ∩     ⋁      g(x)] ⟹   ⋁   [ f(x) ∩ g(x)]    } złe wnioskowanie  

               x∊X                    x∊X                    x∊X 

 

–> Reguły wnioskowania 

przesłanki (zakładam, że są prawdziwe) 

wnioski (z prawdziwych przesłanek ma wynikać prawdziwy wniosek) 

 

ZBIORY 

 

–> Rachunek zbiorów: 

A ∪ B = {x: x ∊ A ∪ x ∊ B} 

A ∩ B = {x: x ∊ A ∩ x ∊ B} 

A \ B = {x: x ∊ A ∩ x ≠ B} 

A’ = {x: x ≠ A ; x ∊ X}  

A ∆ B = {x: x ∊ (A \ B) ∪ x ∊ (B \ A)}                                      różnica 
A ÷ B = { (A \ B) ∪ (B \ A) = (A ∪ B) \ (A ∩ B)}              symetryczna 

A × B = { (x, y): x ∊ A ∩ y ∊ B}              <-----   iloczyn kartezjański 

(x, y) – zbiór par uporządkowanych 

 

FUNKCJE JEDNEJ ZMIENNEJ 

 

 

X, Y – podzbiory zbioru liczb rzeczywistych 

 

Oznaczenia: 

 

 N = {1;2;3;…} – zbiór liczb naturalnych 

 

 Z = {…;-2;-1;0;1;2;…} – zbiór liczb całkowitych 

 

 Q = { 

 
 

   p ∊ Z ; q ∊ N} – zbiór liczb wymiernych 

 

 R – zbiór liczb rzeczywistych 

 

N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R 

 

 

 Y tzn. albo X  Y (jest podzbiorem zbioru Y) 

                   albo X = Y          podzbiór właściwy 

 

⊆ – zawiera się albo równa się 

 

Funkcją  f(x)  nazywamy  przyporządkowanie  każdemu  elementowi  ze  zbioru  X  dokładnie  jednego 
elementu ze zbioru Y. 

X, Y ⊆ R 

y = f(x) 

 

Dziedziną funkcji f(x) /oznaczenie D

f

/ jest zbiór X 

 

Wykres funkcji 

 

 

 

       

<-- jest to wykres funkcji 

 

 

{(x, y): x ∊ D

f

 ; y = f(x)} 

 
 

 

 

 

Zbiór wartości 

{y ∊ R: y = f(x); x ∊ D

f

 

FUNKCJE 

 

 

Podstawowe własności: 

 

 D

f

 – dziedzina funkcji f(x) 

f(x) = y  ;  x ∊ D

f

  ;  y ∊ Y 

D

f

  ⊂  x  ⊆  R 

 

 

Funkcja f(x) może być parzysta lub nieparzysta (lub ani taka ani taka) 

 

 

 f(x) jest parzysta ⟺ ∀    f(x) = f(-x) 

                               x∊D

background image

Strona 3 z 19 

 

np. f(x) = cos (x)                           (symetria wspólna osi OY) 

 

                    

 

 

 f(x) jest nieparzysta ⟺ ∀    f(-x) = - f(x) 

                                     x∊D

f  

np. f(x) = sin (x)                         [symetria wzg. pkt (0;0)] 

 

 

 

 funkcja ani parzysta ani nieparzysta  

 

Przykłady: 

1.  f(x) = |x

3

 + x| 

f(-x) = |(-x

3

) + (-x)| = |-(x

3

 + x)| = |x

3

 + x| 

 

2.  g(x) = x

3

 + x = x(x

2

 + 1) 

g(-x) = -g(x) 

                                                         

 

 

 
 

background image

Strona 4 z 19 

 

 

Monotoniczność 

 

f(x) jest rosnąca ⟺       ∀  

        x

1

,x

2

∊D

f(x) jest malejąca ⟺       ∀

 

            x

1

,x

2

∊D

 x

1

 < x

2

 ⟹ f(x

1

) < f(x

2

)

 

 x

1

 < x

2

 ⟹ f(x

1

) > f(x

2

f(x) jest nierosnąca ⟺       ∀  

                x

1

,x

2

∊D

f

 

f(x) jest niemalejąca ⟺       ∀ 

                   x

1

,x

2

∊D

f

 

 

 x

1

 > x

2

 ⟹ f(x

1

) ⩽ f(x

2

 

 x

1

 > x

2

 ⟹ f(x

1

) ⩾ f(x

2

 

Przykład: 

    

 

f(x)  =  

 

 

 

   

                                                                     x ∊ [0; ∞) 

 

x

1

x

2

 ⩾ 0                x

1

 > x

 

f(x

1

) – f(x

2

) = 

 

 

 

 

    

 – 

 

 

 

 

   

 

  

  

 

   

 

 

   

 

 

   

 

 

 

  

 

 

      

 

 

    

 = 

  

 

   

 

   

 

   

 

   

 

 

   

 

 

 

  

 

 

      

 

 

    

 < 0 

 

f(x

1

) < f(x

2

funkcja malejąca 

WNIOSEK: 

 

f(x) =  

 

 

 

   

    ;     x ∊ [0; ∞)   <-------- jest funkcją malejącą  

 

 

 

Różnowartościowość  

 

     f(x) jest różnowartościowa    ⟺       ∀  

                                                                               x

1

,x

2

∊D

x

1

 ≠ x

2

  ⟹ f(x

1

) ≠ f(x

2

 

Przykład:  

 

f(x) =        ;      x ⩾ -1 

 
 
 x

1

 ≠ x

2

   

x

1

x

2

 ⩾ -1  

f(x

1

) – f(x

2

) =        -        = 

     

          

 ≠ 0 

 
Więc, 
f(x) jest różnowartościowa bo x

1

 ≠ x

2

  ⟹ f(x

1

) ≠ f(x

2

 

background image

Strona 5 z 19 

 

 

Złożenie funkcji 

f, g ⟹ (f o g)(x) = f[g(x)] 
             x ∊ D

f

 oraz g(x) ∊ D

f

 

Przykład: 
f(x) = x

+ 1; g(x) =        

(f ∘ g) = f[g(x)] = f(      ) = (      )

2

 + 1 = x + 1 + 1 = x + 2;      x ⩾ -1 

(g ∘ f) = g[f(x)] = g(x

2

 + 1) =   

 

            =   

 

   ;                    x ∊ R 

 

 

Funkcja odwrotna 

f(x); x ∊ D

f

 

Funkcją odwrotną do funkcji f(x) jest taka funkcja g(x), że (f o g)(x) = (g o f)(x) = x, dla x ∊ D

f

 

Oznaczenie funkcji odwrotnej f 

-1

(x), czyli (f o f 

-1

)(x) = (f 

-1 

o f)(x) 

Nie dla każdej funkcji istnieje funkcja odwrotna! 

Funkcja f(x) musi być różniczkowalna, by była funkcją odwrotną 

 

Przykład: 
f(x) = 

 
 

; x ≠ 0 

y = 

 
 

 ⟹ x = 

 
 

 ; y ≠ 0 

-1

(x) = 

 
 

  

(f ∘ f 

-1

)(x) = f( 

 
 

 ) = 

 

 
 

 = x 

(f 

-1 

∘ f)(x) = f( 

 
 

 ) = 

 

 
 

 = x 

 

 

Wykresy f(x) i f 

-1

(x) są symetryczne względem prostej y = x 

 

 

Funkcja SGN(x) 

 

sgn(x) =  

           
           

            

  

 
 
 

 
 
Stąd f 

-1

(x) można napisać podobnym wzorem. 

-1

(x) = sgn(x) ∙            ;   x ∊ R 

 

FUNKCJE POTĘGOWE, WYKŁADNICZE, LOGARYTMICZNE 

 

 

Funkcje potęgowe 

f(x) = x

n

      n – liczba rzeczywista 

Dziedzina funkcji f(x) zależy od n 

 

1

o         

n > 0, naturalne 

 

n- parzyste to D

f

 =R, zbiór wartości- liczby nieujemne y ⩾ 0 

n – nieparzyste to D

f

 = R, zbiór wartości y = R 

 

parzyste 

 

nieparzyste 

 

 

 
 

background image

Strona 6 z 19 

 

2

o         

n < 0          0 ∉ D

    D

f

 = R\{0} 

np. f(x) = 

 
 

 = x

-1

 

np. f(x) = 

 
 

 = x

-2

 

 

nieparzyste 

 

parzyste 

 

3

o         

n = 

 
 

 > 0      p, q – względnie pierwsze 

q – parzyste  

q – nieparzyste  

 

 

 

 

Funkcja wykładnicza 

f(x) = a

x

                     a – ustalona, a > 0, a ≠ 1 

                                    x ∊ R – funkcja wykładnicza 

 

a > 1;         f(x) = a

x

: R --> D

f

 

0 < a < 1 

 

 

 

 

Funkcja logarytmiczna 

f(x) =    

 

       np. c =    

 

         a

c

 = b 

                                      b > 0,  a ≠ 1,  a > 1 

 

a > 1,     

 

  

a < 1,     

 

  

 

 

Własności logarytmów: 

(a) 

 

   

 

  +     

 

  =    

 

   

(b)      

 

  –    

 

  =    

 

 
 

 

(c)   log

a

b

r

 = r   

 

  

(d)      

 

  = 

   

 

 

   

 

 

 

background image

Strona 7 z 19 

 

FUNKCJE CYKLOMETRYCZNE 

 

Są to funkcje odwrotne do funkcji trygonometrycznych na odpowiednich przedziałach. 

1) 

f(x) = sinx

 

dla x ∊ [- 

 

 

  

 

 

]   

-1

(x) = arcsinx       x ∊ [-1; 1] 

            

 

arcsinx = y ⟺ siny = x                  x ∊ [-1; 1]         y ∊ [- 

 

 

  

 

 

Przykład: 

arcsin  

 
 

   = 

 

 

                                                      arcsin(- 

  

 

 ) = - 

 

 

 

 

2)  f(x) = cosx 

dla x ∊ [0;  ]   

-1

(x) = arccosx       

x ∊ [-1; 1] 

             

 

arccosx = y ⟺ cosy = x                       x ∊ [-1; 1]         y ∊ [0     ] 

Zależność między arcsinx, a arccosx 

arcsinx + arccosx = 

 

 

                 x ∊ [-1; 1] 

3)  f(x) = tgx 

dla x ∊ (- 

 

 

  

 

 

)   

-1

(x) = arctgx       

x ∊ R 

             

 

4)  f(x) = ctgx 

dla x ∊ (0;  )   

-1

(x) = arcctgx       

x ∊ R 

 

             

 

 
Zależność między arctgx, a arcctgx 

arctgx + arcctgx = 

 

 

                   x ∊ R 

background image

Strona 8 z 19 

 

Przykład: 
Znaleźć funkcję odwrotną do sinx dla x ∊ [- 

 

 

  

  

 

x = t +   
sinx = sin (t +  ) = - sint 
arcsinx = - arcsint = arcsin(-t) 

- arcsinx +   = arcsin(-x) +   
y = sinx = sin(t +  ) = - sint 
t ∊ [- 

 

 

  

 

 

-y = sint 
arcsin(-y) = arcsin(sint) = t 

t = x –   = arcsin(-y) 
x = arcsin(-y) +  

 

 

 

FUNKCJE HIPERBOLICZNE 

 

shx

 – sinus hiperboliczny 

chx 

– cosinus hiperboliczny 

shx =  

 

 

   

  

 

               chx =  

 

 

   

  

 

 

x ∊ R 

 

CIĄGI LICZBOWE 

 

f(n) = a

n     

;    n ∊ N 

 

Ciągi to są funkcje, których zbiorem argumentów (dziedziną) jest zbiór liczb naturalnych. 

 

    a

n

 = (-1)

n

                                                                 

n ∊ N 

 

a

n

 = 

 

                  

                      

 

     

 

 
 

 
 

1)  Rekurencyjna (np. ciąg zdefiniowany rekurencyjnie) 

 

a

1

 = 1, a

2

 = 1,  a

n

 = a

n-1 

+ a

n-2

     n > 2 

 

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21   ciąg Fibonacciego 

 

2)  Ograniczoność ciągu 

 

a)  Mówimy, że ciąg a

n

 jest ograniczony z dołu 

 

    ⋁            ⋀             a

n

 ⩾ M  

    M        n ∊ N 

 

b)  Mówimy, że ciąg a

n

 jest ograniczony z góry 

    ⋁            ⋀             a

n

 ⩽ m 

   m         n ∊ N 

 

c)  Mówimy, że ciąg a

n

 jest ograniczony 

   ⋁             ⋀             a

n

 ⩽ m 

M, m      n ∊ N 

 
 
 

background image

Strona 9 z 19 

 

Przykład: 

5sin(n! + 1) 

-5 ⩽ 5sin(n! +1) ⩽ 5 

ciąg jest ograniczony z dołu m = -5, a z góry M = 5 

 

3)  Monotoniczność ciągu 

 

(a)  ciąg rosnący 

a

n+1 

> a

n

 lub 

 

   

 

 

 > 1 dla każdego n ∊ N  

(b)  ciąg niemalejący 

a

n+1 

⩾ a

n

 dla każdego n ∊ N  

(c)  ciąg malejący 

a

n+1 

< a

n

 lub 

 

   

 

 

 < 1 dla każdego n ∊ N  

(d)  ciąg nierosnący 

a

n+1 

⩽ a

n

 dla każdego n ∊ N  

(e)  ciąg stały 

a

n+1

 = a

n

 dla każdego n ∊ N  

 

Przykład: 
a

n

 = 

    

 

 

 

              a

n+1 

        

 

     

   

 = 

           

 

          

 

 

 

   

 

 

 = 

    

 

     

 

     

 

     

 ∙ 

 

 

    

 

 = (n+1)( 

 

   

 )

n

 = 

   

 

   

 

 

 

 = 

   

    

 
 

 

 

 > 1 

   

     

     

 
 

 

 

 

= e          2 ⩽       

 
 

 

 

 < 3                      

Czyli a

n

 jest rosnące 

 

4)  Granice ciągów  

 

Definicja ciąg a

n

 ma granicę g, |g| <   

wtedy i tylko wtedy gdy 

  ⋀       ⋁         ⋀ 
Ɛ>0    N      n⩾N 

 

|a

n

 – g| < Ɛ 

-Ɛ < a

n

 – g < Ɛ 

g – Ɛ < a

n

 < g + Ɛ 

 
n(Ɛ) – n zależy od Ɛ 
 
 

 

Przykład: 
   

     

 

 

 

  

 

= 0  

Bierzemy dowolny Ɛ > 0 
|

 

 

 

   

| < Ɛ 

„wyliczamy” z tej nierówności n 
 

 

+1 > 

 
 

                  

 

 > 

 
 

 – 1 

 

1

o       

  

 
 

 – 1 ⩽ 0 ⟺ Ɛ ⩾ 1 

Wtedy  

 

 > 

 
 

 – 1 zachodzi dla każdego n ∊ N, N = 1 

2

o         

 

 
 

 – 1 > 0 ⟺ 0 < Ɛ < 1                        

 

 > 

 
 

 – 1 ⟺ n >    

 

 

 
 

 - 1) 

                                           N = [   

 

 

 
 

 - 1)] + 1 

 

 

Definicja a

n

 ma granicę +  

 

⋀        ⋁          ⋀ 

M        N        n⩾N 

 

 

 

 
 

 

 

background image

Strona 10 z 19 

 

Przykład: 
   

    

 

 

    

 = ∞ 

   

    

 

 

    

 =    

   

 

 

   

 
 

 = [

 

 

] = ∞ 

5)  Twierdzenie : Jeżeli ciąg a

n

 ma granicę (skończoną lub nieskończoną) to każdy podciąg tego ciągu ma 

tą samą granicę (podciąg – czyli co któryś wyraz danego ciągu). 

np.  

 

   

 

 

 

a

1

, a

2

, a

3

, a

4

, a

5

, a

6

, a

7

, a

8

, a

9

 

Przykład: 
   

   

 

 
 

 

   

 

 = ∞ 

 

 
 

 

   

 

 podciąg ciągu  

 
 

 

 

 

                                                    

 
 

 

 

   

        

 

6)  Twierdzenie o arytmetyce granic 

 

Załóżmy, że a

n

, b

n

 mają granice właściwe, wtedy: 

a)     

   

 

 

   

 

 =    

   

 

 

+    

   

 

 

 

b)     

   

 

 

     

 

 =    

   

 

 

 –    

   

 

 

 

c)     

   

 

 

 

 

 =    

   

 

 

   

   

 

 

 

d)     

   

 

 

 

 

 = 

   

   

 

 

   

   

 

 

 ; gdy b

n

 ≠ 0,    

   

 

 

 ≠ 0 

e)     

   

  

 

 

 

 = (   

   

 

 

)

m

 ; m – ustalone  

f)     

   

  

 

 

 =      

   

 

 

 

 ; k – ustalone  

Szczególne przypadki: 

   

   

  

 

 = 1     

   

  

 

 = 1  ;   a > 0        

 

7)  Twierdzenie 

 

Jeżeli    

   

 

 

 = 0 , to    

   

  

 

  = 0 

 

Przykład: 
Uzasadnij, że    

   

    

 

    

 = 0 

|

    

 

    

| = 

 

    

 

   

     0 

 

8)  Twierdzenie o trzech ciągach 

 

Jeżeli ciągi a

n

, b

n

, c

n

 spełniają taki warunek  

   ⋀              c

n

 ⩽ a

n

 ⩽ b

   oraz       

   

 

 

 =    

   

 

 

 = g , to    

   

 

 

 = g 

n ∊ N                              
                     g       g        g 
Przykład: 

   

   

 

 

      

 

  

                                                                            3

n

 ⩽  

 

      

 

 ⩽ 5

n

 

                                                                                                                   
                                                                            ∞                                  ∞ 

 

 

      

 

    

   

      ∞ 

 

9)  Twierdzenie o dwóch ciągach 

 

a)  Jeżeli c

n

 ⩽ a

n

              

   

 

 

 = ∞ , to    

   

 

 

 = ∞ 

b)  Jeżeli a

n

 ⩽ b

n

              

   

 

 

 = - ∞ , to    

   

 

 

 = - ∞ 

 

10) 

 

Twierdzenie 

a, b > 0  

   

   

  

 

   

 

 

 = max {a, b} 

 

Przykład: 

  

 

   

 

 

   3, bo 

3 =    

 

 

 <    

 

   

 

 

 <        

 

 

 = 3   

 

  3 

11)  Twierdzenie 

 

Jeżeli ciąg an jest monotoniczny (od pewnego miejsca) i ograniczony to ten ciąg jest zbieżny. 

 

Przykład: 
a

n

 = 

 

   

 

 

   

     

 

  

 

a

1

 = 

 
 

 ; a

2

 = 

 

  

 ; a

3

 = 

  
  

 

 

 

[

 

 

  = 0 

[

 

 

] = 0 

background image

Strona 11 z 19 

 

1

o

 Badamy monotoniczność a

n+1 

– a

n

  

 

n+1 

 

   

 

 

   

     

 

    

 

 

n+1 

–  

n

 = 

 

   

 

 

   

     

 

    

   

 

   

 

 

   

     

 

  

) = 

 

    

 

 

      

 

 

   

 = 

 

    

 

 

    

 > 0

 

bo 

 

    

 

 

    

 

2n+1 < 2n+2 

0 < 1 

⟹  

n

 rośnie  

0 <  

n

 < ? 

 

 

   

 

 

   

     

 

  

 < 

 

   

 < 1 , bo n < n+1 

                                                                        0 < 1 

⟹ 0 <  

n

 < 1, czyli a

n

 jest ciągiem ograniczonym 

  z twierdzenia o ciągu monotonicznym i ograniczonym wynika, że a

n

 jest zbieżny 

 

12) 

 

Ciąg zadany rekurencyjnie 

 

b

n+1

 =       

 

       b

n

 =                            b

n

 > 0 

b

1

 =                  b

2

 =                    b

3

 =         

b

n+1

 – b

n

 =       

 

 - b

=

 

   

 

  

 

 

    

 

   

 

 

                      

 

     

 

 > 0 

rozkład na czynniki 
  

 

 

     

 

    = 0 

– t

2

 + t + 2 = 0 

∆ = 9                    = 3 

t

1

 = 2                 t

2

 = 1 

stąd 
b

n+1

 – b

n

 =

 

    

 

     

 

    

    

 

   

 

 

> 0 

Założenie, że 

0 < b

n

 < 2 

Sprawdzamy czy prawdą jest      ⋀     0 < b

n

 < 2 

                                                           n ∊ N 
indukcyjnie 
1

o

           n = 1           b

1

 =                  0 <        

2

o

           0 < b

n

 < 2  

               0 <       

 

 < 2 

               0 <      

 

 < 4 

              -2 < b

n

 < 2              co prawdą jest z założenia 0 < b

n

 < 2 

Stąd b

n

 , ograniczony ⟹ zbieżny 

b

n+1

 =       

 

 ,    

   

 

 

 = g , 0 < b

n

 < 2 ⟹ 0 ⩽ g ⩽ 2 

                                                                                        ⩽ g ⩽ 2 

   

   

 

   

 =    

   

 

 

 = g 

Stąd 
g =        
g

2

 = 2 + g  ⟹ g

2

 – g – 2 = (g + 1)(g - 2)= 0 ⟺  

      

     

  , więc wybieramy g = 2, bo g   [  ; 2] 

Stąd    

   

 

 

 = 2 

 

13)   Liczba e 

   

   

    

 
 

 

 

               e ≈ 2,72 

 

14)  Wyrażenia nieoznaczone 

 

∞ – ∞, np. n ∙  n = 0 → 0 ; 2n – n = n → ∞ 

 

0 ∙ ∞, np. 

 
 

 ∙ n = 1 ; 

 

 

 

 ∙ n = 

 
 

 → 0 ;  

 
 

 ∙  

 

 = n → ∞ 

 

 
 

 , np. 

 
 

 
 

 = 1 ; 

 

  

 
 

 = 

 
 

 → 0 ; 

 
 

 

  

 = n → ∞ 

 

 
 

 , np. 

 
 

 = 1 ; 

 

 

 

 = n → ∞ ; 

 

 

 

 = 

 
 

 → 0 

 

 

 

 = np.     

 
 

 

 

 = e ;     

 
 

 

  

 =  

 

 

 

 

 

 , np.    

 

 = 1 

 

 

 

 , np. 

 

  

 

 =   

 
 

 

 → 1 

background image

Strona 12 z 19 

 

15)  Wyrażenia oznaczone 

 

  + ∞ = ∞         –∞ <   ⩽ ∞ 

 

  ∙ ∞ = ∞            ∞ ⩾   > 0 

 

 

 

 = 0                   –∞ <   < 0 

 

 

 

 

 = ∞                 0 <   ⩽   

 

 

 

 = 0                  

 

 ⩽   < 1  

 

 

 

 = o                –∞ ⩽   < 0 

 

 

 

 = ∞                1 <   ⩽ ∞ 

 

 

 

 = ∞                0 <   ⩽ ∞  

16)  Punkty skupienia ciągów 

 

Punktem skupienia ciągu  

 

 nazywamy taką liczbę g (g – skończone lub nieskończone) jeżeli istnieje podciąg tego ciągu, 

który ma granicę równą g. 

 

 

 =     

 

 

 

  

 = – 1              

   

 

  

= 1 

                                                                

S = {-1; 1} 

 

zb ór punktów skup en a 

 

    

 = 1             

   

 

    

 = – 1       

 

    

   

 

 

               = snpS (największy element ze zbioru punktów skupienia) 

 

   

   

 

 

 = infS (najmniejszy element ze zbioru punktów skupienia) 

 

Przykład: 
 

 

 = cos 

  

 

 

S = {

  

 

; 0; - 

  

 

; -1; 1} 

cos( 

 

 

       ) = cos( 

       

 

 ) = 

  

 

  

cos( 

 

 

      ) = cos( 

       

 

 ) = 0 

cos( 

  

 

       )  

 cos( 

  

 

      )  

   

   

  s 

  

 

 = 1 

 

   

   

  s 

  

 

 = -1 

GRANICA FUNKCJI 

 

 

1)  Definicja Heinego 

   

   

 

    

 = g    ⟺    ⋀ 

                                         { 

 

} ⊂ S  

 

) ⟵ pewne otoczenie punktu x

0

    x

n

 ≠  

0

 

   

   

 

 

 =  

 

      

   

   

 

  = g 

 

x

0

 może być liczbą równą   , tak samo g (g – liczba lub   ) 

 

Przykład: 
Z definicji pokaż, że    

    

 

 

   

 = 

 
 

 

Bierzemy dowolny ciąg {x

n

 

x

n

 

   

     

- 1    x

n

 ≠ - 1 

 

f(x

n

) = 

 

 

 

 

 

  

 ,    

   

   

 

  =    

   

 

 

 

 

 

  

 = 

   

   

 

 

 

   

   

 

 

  

 = 

    

   

 

 

 

 

   

   

 

 

  

 = 

    

 

    

 = 

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Strona 13 z 19 

 

2)  Granica funkcji f(x), gdy x dąży do  

 

 nie istnieje 

 

⟺      ⋁      { 

 

} ≠ { 

 

 

}    

      

     

 

}       wa ró ne          

   

 

 

    

 

     

   

   

 

     

 

    

 

 

}                                

   

 

 

 

    

 

     

   

   

 

 

     

 

}

   

 

≠  

 

 

Fakt 
Jeżeli  

 

 jest skończone, to 

   

   

 

     

 istnieje  

⟺ 

   

   

 

 

    

 = 

   

   

 

 

    

 

granica prawostronna = granica lewostronna 

Przykład: 
f(x) = 

 
 

  ;  x → 0 

 
 
 

 

 →  

 

  ( 

 

 > 0)     

 

 = 

 
 

      f( 

 

) = 

 

 

 
 

 = n 

   

     ∞ 

 

 

 

 →  

 

  ( 

 

 

 < 0)     

 

 

 = - 

 
 

   f( 

 

 

) = 

 

  

 
 

 = - n 

   

     - ∞ 

 

Granice jednostronne istnieją, ale są różne, zatem nie istnieje    

   

     

 

 

 
 

 

 
 

 

 

 

3)  Arytmetyka granic funkcji 

 

Założenie 

   

   

 

     ,    

   

 

     istnieją i skończone 

(a) 

   

   

 

               =    

   

 

          

   

 

    

 

(b) 

   

   

 

              =    

   

 

          

   

 

    

 

(c) 

   

   

 

    
    

 = 

   

    

    

   

    

    

  ; g(x) ≠ 0 ,    

   

 

     ≠ 0

 

(d) 

   

   

 

    

    

 =     

   

 

     

   

    

    

 

4)  Ważne granice 

a)     

   

    

 

 = 1                                                                           

   

   

 

 = 1 

b)     

   

       

 

 = 1 

c)     

   

 

 

  

 

 =    ,   > 0 ,               w szczególności          

   

 

 

  

 

 = 1 

d)     

   

   

 

     
 

 = 

 

   

 , 1≠   > 0 ,   w szczególności         

   

        

 

 = 1 

e)     

   

    

 
 

 

 

 =  

 

 

                                                                                                       

   

 

       

 
 

 =    

f)     

    

    

 
 

 

 

 =  

 

 

g)     

   

     

 

  

 

 =    ;           

 

5)  Twierdzenie o trzech funkcjach 

 

Dla h(x) ⩽ f(x) ⩽ g(x) oraz    

   

 

     =    

   

 

     = g      

   

 

     = g 

 

Przykład: 
Oblicz    

   

   

 

 

 

 

  

                                                                                                  E(x) = [x] ⟵ część wspólna 

 

x – 1 < [x] ⩽ x 

 

 

    < [ 

 

] ⩽  

 

 

 

 

  

 

 

  

 < 

  

 

 

 

 

  

 ⩽ 

 

 

 

 

  

 

   

   

 

 

 

 

  

 =     

   

 

  

 

  

 = 1                                           

   

 

 

  

 

 

  

 =    

   

  

 

  

  

 

  

 = 1 

Więc… 
   

   

   

 

 

 

 

  

 = 1 

 

6)  Asymptoty 

a)  Pionowe (w punktach skończonych na końcach dziedzin funkcji) 

np. y = 

 
 

   D = R\{0} 

                    (     ) (0;  ) 
                                  x

= 0   w tym punkcie sprawdzamy czy istnieje asymptota pionowa 

x

o

 ≠ D 

   

   

 

 

   – asymptota lewostronna     ;        

   

 

 

   – asymptota prawostronna 

background image

Strona 14 z 19 

 

A jeśli    

   

 

 

   oraz    

   

 

 

       asymptota x = x

o

 pionowa obustronna 

 

                        

 

b)  Poziome w    

   

    

     = b 

b – skończone  

 

c)  Ukośne w    

Taka prosta y = ax +b, dla której zachodzi warunek 
   

    

                          (mogą być dwie różne asymptoty ukośne; inna w           ) 

a =    

    

    

 

, a – stałe 

b =    

    

           , b – stałe 

 

7)  Funkcja ciągła 

Funkcją ciągłą f(x) jest funkcja w punkcie x

o

 ⟺    

   

 

     = f(x

o

 

   

   

 

                  ciągła w x

o

                                                             nie ciagła w x

o

                                   może być ciągłość jednostronna 

Jeżeli 

   

   

 

 

           

   

 

 

       f(x

o

) , to f(x) jest ciągła w punkcie x

o

 

Jeżeli 

   

   

 

 

           

   

 

 

     ≠ f(x

o

) , to f(x) nie jest ciągła w punkcie x

(tzw. nieciągłość I rodzaju) 

Może być jeszcze  nieciągłość II rodzaju 

Tak jak wtedy gdy któraś z granic    

   

 

 

     nie istnieje lub jest równa    

       

 

background image

Strona 15 z 19 

 

Funkcja jest ciągła na przedziale (a, b) jeżeli jest ciągła w każdym punkcie wewnętrznym tego przedziału oraz istnieją 

granice    

   

 

     oraz    

   

 

    . 

 

Funkcja jest ciągła na przedziale [a, b) jeżeli dodatkowo    

   

 

     = f( ) 

 

Działania na funkcjach ciągłych: 
f, g ciągłe w x

o

, wtedy 

(f   g)(x

o

)  ciągłe w x

o

 

(f ∘ g)(x

o

)    ciągłe w x

o

 

   

 

 

   

 

 

             ciągłe w x

o

 ; g(x

o

) ≠ 0 

Założenie: Jeżeli f(x) jest ciągłe w x

o

 oraz funkcja g(x) jest ciągła y

o

 = f(x

o

), wtedy (g ∘ f)(x

o

) jest ciągłe w x

o

 

Własności funkcji ciągłych: 

Załóżmy, że f(x) jest ciągła w przedziale [a; b] (ograniczony przedział) 

 
Wtedy funkcja f(x) jest ograniczona na tym przedziale 

 
 
Domkniętość przedziału [a; b] ma znaczenie 

 
 
 

 

 
 
 
 

 
 
 
 
 

 
 

Funkcja ciągła na przedziale domkniętym osiąga swoje kresy 

tzn.  

 

 

   

 

       

 

   

 

      n

       

    

   

 

     a 

       

    

   

    

       

     ⩾    

 

 

    

       

      ⩽    

 

 

   

 

8)  Własność Darboux 

 
Niech f(x): funkcja określana na [a; b] 
Ma własność Darboux 

 

⟺              ⋀                                  ⋁                  taki, że f(x

o

) = c 

                                  x

o

 ∊ [a, b] 

                         
 
 

 

 

Funkcja ciągła na [a; b] ma własność Darboux 

(czyli z f(a) dochodzimy do f(b) przez wszystkie wartości pośrednie) 

 

Szczególny przypadek: 
f(a) ∙ f(b) < 0 
 

     

 

 

 

 

      

 

 
 
 

W szczególności jeżeli f(x) jest monotoniczna na danym przedziale  (ciągła na [a; b], f(a) ∙ f(b) < 0) 

Wtedy        ⋁           f(x

o

) = 0        (istnieje dokładnie jeden taki punkt, w którym funkcja się zeruje) 

                x

∊ [a; b] 

 

Przykład: 
Pokaż, że równanie ma dokładnie jedno rozwiązanie w danym przedziale lnx = 2 – x ; x ∊ [1; 2] 

 

f(x) = lnx – 2 + x   ciągła w [1; 2]  
(suma funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą) 
 

f(1) = ln1 + 1 – 2 = -1 < 0 
f(2) = ln2 + 2 – 2 = ln2 > 0 
 

     

  

}

 lnx + x ⟹ lnx + x - 2  

f  ⟹              ⋁           f(x

o

) = 0        tzn. lnx

o

 + x

o

 – 2 = 0 

                                                                                    x

∊ [1; 2]                                   lnx

o

 = 2 – x

o  

;  x

o

 ∊ [1; 2] 

 

background image

Strona 16 z 19 

 

POCHODNA FUNKCJI 

 

Mówimy, że istnieje pochodna f ’(x

o

) funkcji f(x) w punkcie x

o

 jeżeli istnieje granica (skończona lub nieskończona) 

 

f ’(x

o

) =    

   

 

        

 

 

   

 

       (ta granica = pochodna funkcji w punkcie x

o

)   ;    x ≠ x

o

  

Można to też napisać tak: 

 

                               f ’(x

o

) =    

    

   

 

        

 

  

  

                 ∆x = x – x

o

     

(             

 

            

 

     ) 

 

WARUNKIEM KONIECZNYM istnienia pochodnej funkcji w danym punkcie jest 

ciągłość w tym punkcie 

 

Funkcja może być ciągła w danym punkcie, ale może nie być pochodnej w tym punkcie. 

Przykład: 

 

f(x) =  

 

 

f ’(x

o

) =    

   

 

        

 

 

   

 

 =    

   

 

 

 

  

 

 

   

 

 =    

   

 

    

 

     

 

 

   

 

 =   

   

 

      

 

  = 2x

o

 

 

 

)’= 2x , x ∊ R 

 

Pochodna funkcji istnieje w danym punkcie ⟺ 

 

f ’(x

o

) =    

   

 

 

        

 

 

   

 

 =    

   

 

 

        

 

 

   

 

 

                                                       f ’( 

 

 

) = f ’( 

 

 

)   pochodna jednostronna 

pochodna prawostronna = pochodna lewostronna  

(Może być tak, że nie istnieją pochodne jednostronne) 

 

Podstawowe funkcje i ich pochodne 

 

  

 

   = nx

n-1

   n ∊ N                      s n         s   

 

  

 

   =   

   

      ∊ R                     s           s n   

 

      =                                               s n        

 

    

 

 

 

     = 0                                                  s   

 

     

 

    

 

 

 

 

 
 

   = - 

 

 

 

                                         t         

 

   

 

 

      t 

 

  

 

      = 

 

   

                                       t         

 

   

 

 

           t 

 

 ) 

 

 

   =  

 

                                            t         

 

   

 

 

 

  

 

   =  

 

∙ ln                                     t         

 

   

 

 

 

       = 

 
 

                                         s n

 

        s n     s   

 

    

 

    = 

 

    

                                  s

 

              s   s n   

 

  

  

   =      

  

 

 

Podstawowe działania: 

1.               

 

   

 

       

 

    

2.            

 

       

 

    

3.               

 

   

 

                     

 

    

4.   

    
    

 

 

 

 

 

               

 

   

 

 

   

    ⟹   g(x) ≠ 0 

5.           

 

   

 

          

 

    

6.       

    

       

      

    

       

          

      

            

                   

            

                

    
    

             

    

                

    
    

       

 

Pochodna funkcji odwrotnych 

 

f(x) ⟹ f 

-1

(x) 

Ciągła, istnieje pochodna  

 

    ; f(x) – różniczkowalna (rosnąca   malejąca) 

Wtedy f 

-1

(x) = 

 

 

 

   

 

Przykład: 

(arctg x)’ = ?                      (tg x)’ = 

 

   

 

 

 

y = tg x ⟹ x = arctg y = g(y) ⟹  

 

     

 

 

 

   

 

 

       

    s

 

  

y = 

     

     

     

 

 

   

 

 

   

 

 

 

     

 

 

   

 

 

 

 

   

 

 

         

 

     

 

   

 

 

    s

 

   

 

 

 

  

 

(arctg x)’ =

 

 

 

  

 

background image

Strona 17 z 19 

 

Zastosowanie pochodnej 

(a)   

Styczna do funkcji f(x) w punkcie x

o

 ma równanie 

 

      

 

  

 

          

 

       

 

  

 

      

 

  

 

      

 

  

 

  

 

     

 

  

 

                      
 

 

 

  

 

                 

 

  

 

              

 

(b)   

 
Kąt przecięcia się krzywych 

 

(dla f(x), g(x) takich, że istnieje 
pochodna w punkcie przecięcia) 

 

  - to jest taki kąt między stycznymi 
w punkcie przecięcia 
 

          

 

 

                  

         

           

 

 

 

  

 

   

 

  

 

 

   

 

  

 

   

 

  

 

 

    ⟹              

 

 

  

 

   

 

  

 

 

   

 

  

 

   

 

  

 

 

  

Pod warunkiem, że  

 

  

 

     

 

  

 

  ≠   . 

Jeżeli jednak  

 

  

 

     

 

  

 

  ≠   , to znaczy, że krzywe g(x) i f(x) przecinają się pod kątem prostym w punkcie  

 

  

 

(c)   

 

Przybliżone wartości funkcji 
 

     

 

  

 

          

 

       

 

  

         

 

  

 

           

 

       

 

  

   

 

         

 

  

 

            

 

  

        

 

           

 

     

 

  

 

       

 

Różniczka:     

 

  

 

       

 

 

Błąd pomiaru 

       

 

  

 

        

                              

Twierdzenie Rolle’a 

 

f(x)  jest okreslona w [a; b]   ciągła na [a; b], różniczkowalna na (a; b) 

 

f(a) = f(b)    i    a, b ∊ D

f

 

to istnieje x

o

 ∊ (a; b), wtedy 

 

 

  

 

       
 

Czyli istnieje co najmniej jeden taki punkt wykresu, że styczna do y = f(x) w tym 
punkcie jest pozioma. 
 

 

Twierdzenie Lagrange’a 

 

f(x)  ciągła na [a; b], różniczkowalna wewnątrz tego przedziału.  

Wówczas istnieje taki punkt c ∊ [a; b] 

 

 

 

     

         

   

  

 

Czyli istnieje taka prosta przechodząca przez x

o

 styczna do siecznej. 

 
 

 

 

background image

Strona 18 z 19 

 

Monotoniczność funkcji 

 

f(x)  ciągła, różniczkowalna w pewnym przedziale P 

1.   ⋀

 

 

         

   

                 

2.  ⋀

 

 

   

   

                        

3.  ⋀

 

 

   

   

⩾                          

4.  ⋀

 

 

   

   

⩽                         

 

Wzór Taylora 

 

Niech f(x) jest określona na pewnym przedziale jest różniczkowalne n-krotnie na tym przedziale; f 

n-1

(x)  ciągła;        

f

n

(x)   właściwa w punkcie x

o

Wtedy dla każdego x

o

 ∊ [a; b] istnieje taki punkt c ∊ [a; b], że 

 

f(x) =    

 

   

 

 

  

 

 

  

      

 

   

 

  

  

 

 

  

      

 

 

 

     

 

   

  

 

 

      

      

 

 

   

   

 

  

gdzie  

 

 

 

 

   

  

      

 

 

 

                       

 

            

 

   

Reszta Lagrange’a 

 

Wzór Maclaurina 

 

x

o

 = 0 

 

f(x) =       

 

 

   

  

   

 

  

   

  

 

 

     

 

   

   

      

 

   

   

 

  

gdzie  

 

 

 

 

   

  

 

 

                           

 

Reguła de L’Hospitala 

 

Dla nieoznaczoności typu: 

                                                   

 

 
 

   

 
 

 

Jeżeli spełnione są warunki 

1. 

    
    

      

 

 

   

 

 

   

 są określone w sąsiedztwie punktu x

o

 

2.     

   

 

          

   

 

             

3.  Jeżeli istnieje granica    

   

 

 

 

   

 

 

   

 to     

   

 

    
    

      

   

 

 

 

   

 

 

   

 

 

Ekstrema funkcji 

 

Twierdzenie Fermata 
Warunek konieczny istnienia ekstremum funkcji. 

f(x)  różniczkowalna w xo i ma w tym punkcie lokalne ekstremum to  

 

  

 

  

(loklne ekstremum może nie być związane z isniejącą (zerową) pochodną). 

 

Wypukłość funkcji 

 

Funkcję f(x) nazywamy wypukłą w przedziale [a; b] ⊆ D

f

 (lub wklęsłą) jeśli każdy odcinek siecznej wykresu tej funkcji 

położony między punktami wykresu, przez które przechodzi sieczna, leży nad wykresem (pod wykresem dla funkcji 
wklęsłej) 

 

Ścisła wypukłość (wklęsłość) – brak mozliwości pokrycia siecznej z wykresem funkcji 

           

 

f(x) jest ściśle wypukła                                   f(x) jest ściśle wklęsła 

Punkt przegięcia funkcji 

Punkt, w którym funkcja zmienia rodzaj wypukłości 

 
 

Warunek konieczny dla istnienia punktu przegięcia 
 
 

Jeśli f(x) ma dwie pochodne to f ’’(x) = 0 
 
 

 

background image

Strona 19 z 19 

 

CAŁKA 

Całka nieoznaczona funkcji jednej zmiennej 

                    

⟺ (F(x) + C)’ = [F(x)]’ = f(x) 

Podstawowe całki 

 

   

 

    

 

   

 

   

    

 

    s        s n       

 

  s n            s       

 

   

 

    

 

 

   

    

 

           

 

                

 

 

 
 

      n        

 

   

 

      

 

    

 

    

 

     

 

   

    

 

    

 

 

 

 

 

    

 

   

 

 

 

   

    

 

Własności całkowania 

a.                         
b.                                          
c.                     

 

Całkowanie przez części 

 

          

 

                         

 

             

Przykład: 

                

                          

 

    

 

   

 

 

   

 

 

                                

 
 

 

 

 

 =

          

 

 
 

 

 
 

 –   

 

   

 

 

   

 

 
 

 

 
 

               

 

 
 

 

 
 

 – 

 
 

 

 

   

   

 

        

 
 

  

 

 

 
 

 

     

   

          

 
 

  

 

 

 
 

   

 
 

 n             

 

     

 

   

       n             

 

 

Całkowanie przez podstawienie 

 

                         

 

                      

Przykład: 

 

       

 

          

                  

 

              

 

               

 

 

  

 

  

    

     

 

         

     

    

 

 

 

         

 

 

    

 

 

    

 

 

 

 

        

 

 

 

 

  

     

 

 

    

 

 

  

            

 

 

 

  

            

 

   

 

                 

 

   

 

      

        n  

 

   

 

          

            n

 

 

  

  

    

 

 

 

     

  

            n

 

 

   

 

   

  

 

Całkowanie funkcji wymiernych 

Funkcja wymierna właściwa; stopień [P(x)] < stopień [W(x)] 

 

    

    

   

    

    

   

 

 

   

 

 

 

 

    

 

 

 

     

 

   

 

 

    

  

 

     

     

 

Gdy w liczniku występuje x 

 

 

 

   

    

      n           

 

Gdy w liczniku nie występuje x