Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
вышка ответы.docx
Скачиваний:
6
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
962 Кб
Скачать
☆

Предел последовательности

Окрестностью точки x0 называется любой интервал, содержащий эту точку.

δ — окрестностью точки x0 Uδ (x0) называется интервал длиной 2δ с центром в этой точке.

Определение предела последовательности

Число а называется пределом последовательности {xn}, если для любого ε > 0 найдется номер n0 = n0(ε) ∈ N такой, что для всех номеров n > n0 выполняется неравенство |xn — a| <ε

Число b называется пределом последовательности {xn}=x1, x2,..., xn (lim {xn} = b; n→∞)

Последовательность {xn}, имеющая конечный предел а, называется сходящейся. Последовательность, имеющая бесконечный предел или вообще не имеющая предела, называется расходящейся

Теорема Больцано-Вейерштрасса

     Теорема. Из любой ограниченной последовательности можно выделить сходящуюся подпоследовательность.

     Доказательство. Так как последовательность ограничена, то она имеет хотя бы одну предельную точку x. В таком случае из этой последовательности можно выделить подпоследовательность, сходящуюся к точке x.

     Замечание 1. Из любой ограниченной последовательности можно выделить монотонную подпоследовательность.

     В самом деле, в силу теоремы Больцано-Вейерштрасса из любой ограниченной последовательности можно выделить сходящуюся подпоследовательность, а из этой подпоследовательности можно выделить монотонную подпоследовательность.

     Замечание 2. Пусть {xn} - ограниченная последовательность, элементы которой находятся в сегменте [a, b]. Тогда предел с любой сходящейся подпоследовательности   также находится на сегменте [a, b].

     Действительно, так как  , то в силу следствия 2 выполняются неравенства a ≤ c ≤ b. Это и означает, что c находится на сегменте [a, b].

     Отметим, что в отдельных случаях и из неограниченной последовательности также можно выделить сходящуюся подпоследовательность. Например, последовательность 1, 1/2, 2, 1/3, ..., n, 1/(n+1), ... неограниченная, однако подпоследовательность 1/2, 1/3, ..., 1/n, ... ее элементов с четными номерами сходится. Но не из каждой неограниченной последовательности можно выделить сходящуюся подпоследовательность. Например, любая подпоследовательность неограниченной последовательности 1, 2, ..., n, ... расходится. Поэтому теорему Больцано-Вейерштрасса, вообще говоря, нельзя распространить на неограниченные последовательности.

Критерий Коши. Функция f имеет конечный предел в точке x0 тогда и только тогда, когда

Особую роль играют два замечательных предела:

Если  , то

34.

ОДНОСТОРОННИЙ ПРЕДЕЛ

- предел функции в нек-рой точке справа или слева. Пусть f - отображение упорядоченного множества X(напр., множества, лежащего на числовой прямой), рассматриваемого как топологич. пространство с топологией, порожденной отношением порядка, в топологич. пространство Y и   . Предел отображения f по любому интервалу   наз. пределом слева отображения f и обозначают

(он не зависит от выбора  ), а предел по интервалу   наз. пределом справа и обозначают

(он не зависит от выбора  ). Если точка   является предельной как слева, так и справа для множества определения функции f, то обычный предел

по проколотой окрестности точки х 0 (в этом случае его наз. также двусторонним, в отличие от односторонних пределов) существует тогда и только тогда, когда в точке х 0 существуют пределы слева и справа и они равны между собой.

Преде́л фу́нкции — одно из основных понятий математического анализа. Функция   имеет предел   в точке   если для всех значений  , достаточно близких к  , значение   близко к  .

35.

БЕСКОНЕЧНО МАЛЫЕ ФУНКЦИИ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Функция y=f(x) называется бесконечно малой при x→a или при x→∞, если   или  , т.е. бесконечно малая функция – это функция, предел которой в данной точке равен нулю.

П римеры.

  1. Функция f(x)=(x-1)2 является бесконечно малой при x→1, так как   (см. рис.).

  2. Функция f(x) = tgx – бесконечно малая при x→0.

  3. f(x) = ln (1+x)– бесконечно малая при x→0.

  4. f(x) = 1/x– бесконечно малая при x→∞.

Установим следующее важное соотношение:

Теорема. Если функция y=f(x) представима при x→aв виде суммы постоянного числа b и бесконечно малой величины α(x): f (x)=b+ α(x) то  .

Обратно, если  , то f (x)=b+α(x), где a(x) – бесконечно малая при x→a.

Доказательство.

  1. Докажем первую часть утверждения. Из равенства f(x)=b+α(x) следует |f(x) – b|=| α|. Но так как a(x) – бесконечно малая, то при произвольном ε найдется δ – окрестность точки a,при всех x из которой, значения a(x) удовлетворяют соотношению |α(x)|<ε. Тогда |f(x) – b|< ε. А это и значит, что  .

  2. Если  , то при любом ε>0 для всех х из некоторой δ – окрестность точки a будет |f(x) – b|< ε. Но если обозначимf(x) – b= α, то |α(x)|<ε, а это значит, что a – бесконечно малая.

Рассмотрим основные свойства бесконечно малых функций.

Теорема 1. Алгебраическая сумма двух, трех и вообще любого конечного числа бесконечно малых есть функция бесконечно малая.

Доказательство. Приведем доказательство для двух слагаемых. Пусть f(x)=α(x)+β(x), где  и  . Нам нужно доказать, что при произвольном как угодно малом ε>0 найдетсяδ>0, такое, что для x, удовлетворяющих неравенству |x – a|<δ, выполняется |f(x)|< ε.

Итак, зафиксируем произвольное число ε>0. Так как по условию теоремы α(x) – бесконечно малая функция, то найдется такое δ1>0, что при |x – a|<δ1 имеем |α(x)|< ε/2. Аналогично, так как β(x) – бесконечно малая, то найдется такое δ2>0, что при |x – a|<δ2 имеем | β(x)|< ε/2.

Возьмем δ=min{ δ1, δ2}.Тогда в окрестности точки a радиуса δбудет выполняться каждое из неравенств |α(x)|< ε/2 и | β(x)|< ε/2. Следовательно, в этой окрестности будет

|f(x)|=| α(x)+β(x)| ≤ |α(x)| + | β(x)| < ε/2 + ε/2= ε,

т.е. |f(x)|<ε, что и требовалось доказать.

Теорема 2. Произведение бесконечно малой функции a(x) на ограниченную функцию f(x) при x→a (или при x→∞) есть бесконечно малая функция.

Доказательство. Так как функция f(x) ограничена, то существует число М такое, что при всех значениях x из некоторой окрестности точки a|f(x)|≤M. Кроме того, так как a(x) – бесконечно малая функция при x→a, то для произвольного ε>0 найдется окрестность точки a, в которой будет выполняться неравенство |α(x)|< ε/M. Тогда в меньшей из этих окрестностей имеем | αf|< ε/M= ε. А это и значит, что af – бесконечно малая. Для случая x→∞ доказательство проводится аналогично.

Из доказанной теоремы вытекают:

Следствие 1. Если  и  , то  .

Следствие 2. Если  и c=const, то  .

Теорема 3. Отношение бесконечно малой функции α(x) на функцию f(x), предел которой отличен от нуля, есть бесконечно малая функция.

Доказательство. Пусть  . Тогда 1/f(x) есть ограниченная функция. Поэтому дробь  есть произведение бесконечно малой функции на функцию ограниченную, т.е. функция бесконечно малая.

Пусть f1 (x)  и   f 2 (x) бесконечно малые величины при  , т.е.        и       .

1. Сумма (разность) бесконечно малых величин есть величина бесконечно малая:

.                      (4.17)

2. Произведение бесконечно малых величин есть величина бесконечно малая:

.                           (4.18)

3. Произведение бесконечно малой величины на константу С или на функцию, имеющую конечный предел  , есть величина бесконечно малая:

.                       (4.19)

Пусть   и   бесконечно большие величины при  ,  т.е.         и      .

1. Сумма бесконечно больших величин есть величина бесконечно большая:

.                                                   (4.20)

2. Произведение бесконечно больших величин есть величина бесконечно большая:

.                                                   (4.21)

3. Произведение бесконечно большой величины на константу С, или на функцию, имеющую конечный предел  , есть величина бесконечно большая:

                       (4.22)