Екінші тамаша шек:

Мұндағы е  2,718282… – иррационал сан.

3-мысал. Шекті есептеу керек

66. Функцияның үзіліссіздігі. Үзілу нүктелерінің түрлері. Функцияның үзіліссіздігі. Функцияның нүктедегі үзіліссіздігі ұғымын беру үшін 3 шартты келтіреміз:

1. функциясы нүктесінде анықталған (яғни мәні бар);

2. ( шамасы -ге ұмтылғанда) болғанда функциясының ақырлы шегі бар;

3. шегі функцияның нүктесіндегі мәніне тең:

1−анықтама. Егер функциясы келтірілген үш шартты қанағаттандырса, онда оны нүктесінде үзіліссіз дейді. Функцияның нүктесіндегі үзіліссіздігінің анықтамасының формуласын былай жазуға болады: Функция нүктесінде үзіліссіз болса, онда оның графигін нүктесі арқылы үзіліссіз сызуға (қарындашты қағаздан алмай) болады. Енді үзіліссіздіктің екінші анықтамасын берейік. аргументіне өсімшесін берсек, функциясы өсімшесін алады. Ол формуласымен анықталады.

2−анықтама. Егер функциясы нүктесінде анықталса және теңдігі орындалса, онда ол функцияны нүктесінде үзіліссіз дейді. Үзіліссіздіктің осы екі анықтамасы өзара эквивалентті. Егер функциясы нүктесінде үзіліссіз болмаса, онда бұл нүкте функциясының үзіліс нүктесі деп аталады. Үзіліс нүктесінің екі түрі бар. Егер функциясың нүктесінде оң жақты және сол жақты шектері бар болып, бірақ олар өзара тең болмаса, онда нүктесі функциясының бірінші текті үзіліс нүктесі деп аталады. Егер оң жақты және сол жақты шектердің ең болмағанда біреуі не шексіздікке тең болып, не жоқ болса, онда нүктесі функциясының екінші текті үзіліс нүктесі деп аталады. Егер нүктесінде ақырлы оң жақты және сол жақты шектер бар болып, бірақ олар осы нүктедегі функцияның мәніне тең болмаса, онда нүктесі функциясының түзетілетін үзіліс нүктесі деп аталады.

5-мысал. функциясы үшін нүктесі екінші текті үзіліс нүктесі болады, себебі

Егер функциясы аралығының әрбір нүктесінде үзіліссіз болса, онда оны аралығында үзіліссіз дейді. Егер функциясы аралығында үзіліссіз болып, ал нүктесінде оң жақтан (яғни ), ал нүктесінде сол жақтан (яғни ) үзіліссіз болса, онда функциясын кесіндісінде үзіліссіз дейді.

67. Функцияның туындысы. Функция туындысы

Көп жағдайда функция мәнін білумен қатар аргументтің өзгерісіне байланысты функцияның өзгеру жылдамдығын білу де маңызды болады. y=f(x) функциясын қарастырайық (1-сурет). Осы функция кесіндісінде анықталған және үзіліссіз болсын. Кез келген үшін айырма х аргументтің нүктесіндегі өсімшесі деп аталады да, деп белгіленеді. Сонымен, = x = + .Ал айырма f(x) функциясының нүктесіндегі өсімшесі деп аталады да, деп белгіленеді. Сонымен, = = .

2-суретте көрсетілген y=f₁(x) және y=f₂(x) функцияларды қарастырайық. Аргумент мәні шамаға өзгергенде бұл функциялардың мәндері де белгілі бір шамаға өзгереді. Суретте f₂(x) функцияның мәні f₁(x) функцияға қарағанда көп өзгереді (өседі).

Аргумент мәні бірдей шамаға өзгерген кездегі функциялардың өзгерістерін салыстыру үшін функцияның өзгеріс жылдамдығы ұғымын енгізеді. Оны орташа жылдамдық дейді де, функция өзгерісінің аргумент өзгерісіне қатынасымен анықтайды:

Орташа жылдамдық х₀ нүктесіне ғана қатысты қарастырылмай, аргумент өзгерісінен де байланысты болады. Функция жылдамдығын аргумент өзгерісінен байланыссыз қарастыру үшін функцияның нүктедегі жылдамдығын қарастырады. Функцияның нүктедегі жылдамдығын анықтау үшін х-ті х₀ аргументке шексіз жақындатады, немесе . Осы кезде үзіліссіз функция өзгерісі нолге жақындайды, яғни . Нолге шексіз жақындайтын функция өзгерісінің нолге шексіз жақындайтын аргумент өзгерісіне қатынасы функцияның х₀ нүктедегі өзгеріс жылдамдығын береді. Функцияның х₀ нүктедегі осы өзгеріс жылдамдығын f(x) функциясының х₀ нүктедегі туындысы деп атайды:

.

Анықтама. Функция өсімшесінің аргумент өсімшесіне қатынасының аргумент өсімшесі нолге ұмтылған кездегі шегі функция туындысы деп аталады. Әдетте оны немесе деп белгілейді:

68. Функцияның дифференциалы. Функцияның дифференциалы. функциясының шектелген туындысы бар болсын, онда: , демек шексіз аз шама.

Онда функцияның өсімшесі былай жазылады: . Осы теңдікте екінші қосылғыш , ке қарағанда жоғарғы ретті шексіз аз шама болғандықтан, бірінші қосылғыш ке эквивалентті шама болады.

Анықтама. Функцияның туындысының аргументтің өсімшесіне көбейтіндісін дифференциал деп атайды және мына түрде жазады: . Дербес жағдайда, егер болса, онда , осыдан және осыны пайдаланып дифференциалдың формуласын былай жазуға болады: . Осыдан , яғни туынды функцияның дифференциалының аргумент дифференциалына бөлінген мәніне тең.

69. Жоғары ретті туындылар мен дифференциалдар. берілген функциясының бірінші немесе бірінші ретті туындысы, ал функцияның өзі нөлінші ретті туынды деп аталады.

Анықтама. Функцияның –ші ретті туындысы деп оның ( -1)-ші туындысының туындысын айтады , =1,2,3,…, егер олар бар болса, онда функциясы -рет дифференциалданатын функция деп аталады.

Мысал. функциясы берілген. Бірінші туындысы , екінші туындысы , үшінші туындысы . Демек, , . Егер және функциялары –рет дифференциалданатын болса, онда ( ), мына ережелер орынды: , .

2. Лейбниц формуласы:

; .

Айталық функциясы –рет дифференциалданатын болсын.

Анықтама. Функцияның –ші дифференциалы деп оның ( )–ші ретті дифференциалының дифференциалын айтады: .

70. Лопиталь ережесі. Бұл ереже немесе анықталмағандықтарын есептеуге мүмкіндік береді.

Теорема. Айталық, нүктесінің маңайында және функциялары анықталған және дифференциалданатын болсын (нүктенің өзінде бұл шарттар орындалмауы да мүмкін) және , , . Егер шегі бар болса, онда шегі бар болады және мына теңдік орындалады: = . Осы сияқты тұжырымдар , , , , жағдайларда да орынды.

1-мысал. ;

2-мысал. Лопиталь ережесін бірнеше рет қолдануға да болады:

Лопиталь ережесін анықталмағандықтардың мына түрлеріне де қолдануға болады . Ол үшін оларды немесе түрлеріне келтіру керек.

1. Егер көбейтіндісінде ш. а., ал ш.ү. шамалар болса, онда оларды төменгідей түрлендіріп, немесе содан соң Лопиталь ережесін қолданады.

71. Шексіз аздарды салыстыру. Екі шексіз аз шамаларды салыстыру үшін олардың қатынасын қарастырады. - ш.а.ш. болсын, яғни және .

1. Егер болса, онда ұмтылғанда ш.а.ш.-ның аздық реттері бірдей дейді.

2. Егер болса, онда ұмтылғанда шексіз аз шамалар эквивалентті деп аталады және  деп белгіленеді.

Мысал. шексіз аздар ұмтылғанда эквивалентті, бұл бірінші тамаша шектің қасиетінен шығады.

Теорема. ұмтылғанда ш.а. болсын, онда:

1. ; 2.  ;

3.  ; 4.  ;

5.  ; 6.  , ;

Теорема. Егер ш.а.ф. –ды оларға эквивалентті функциялармен алмастырса, онда екі ш.а.ф. қатынасының шегі өзгермейді. 4-мысал. ,

себебi,     .

72. Функцияның экстремумының қажетті шарты. Теорема (экстремумның қажетті шарты). Егер дифференциалданатын функциясының нүктесінде экстремумы бар болса, онда сол нүктеде болады. Осы теоремадан мынадай қорытындыға келеміз: егер нүктесінде функцияның экстремумы бар болса, онда ол нүктеде оның туындысы нөлге тең, не ол нүктеде туындысы болмауы мүмкін. Кері тұжырым әрқашан орындала бермейді. Мысалы, функциясының x₀=0 нүктесінде туындысы , ал бірақ ол нүктеде функция не максимум, не минимум қабылдамайды. функциясының туындысы нөлге айналатын немесе тіпті болмайтын нүктелерді күдікті нүктелер немесе «кризистік» нүктелер деп атайды. Функцияның экстремумын осы күдікті нүктелердің арасынан іздеу керек.

73. Функцияның экстремумының жеткілікті шарты. Теорема (экстремумнің жеткілікті шарты). Егер нүктесінде функциясының туындысы нөлге тең болса және нүктесінен өткенде таңбасын өзгертсе, онда нүктесі экстремум нүктесі болады: 1) егер таңба «плюс»-тен «минус»-ке өзгерсе, онда – максимум нүктесі; 2) егер таңба «минус»-тен «плюс»-ке өзгерсе, онда – минимум нүктесі болады.

2-мысал. функцияны экстремумге зерттеп, өсу және кему аралықтарын анықтау керек. Функция туындысы , осыдан , күдікті нүктесін табамыз. нүктесінде функцияның туындысы болмайды, сондықтан ол да күдікті нүкте. Интервалдар тәсілімен f '(x)-тің таңбаларын анықтаймыз. Функция барлық нүктелерде үзіліссіз, жеткіліктілік шарт бойынша максимум нүктесі, ал минимум нүктесі. (–, 0) және интервалдарда функция өседі, ал интервалда кемиді

74. Функцияның ойыстығы және дөңестігі Анықтама. Егер интервалында дифференциалданатын қисығының барлық нүктелері сол қисыққа жүргізілген жанамадан жоғары орналасса, онда онда қисықты осы аралықта ойыс (дөңестігі төмен қараған) дейді, ал қисығының барлық нүктелері сол қисыққа жүргізілген жанамадан төмен орналасса, онда қисықты осы аралықта дөңес (дөңестігі жоғары қараған) дейді. Қисықтың ойыс және дөңес бөлігін бөліп тұратын нүктені иілу нүктесі деп атайды.

Теорема. функциясы интервалында екі рет дифференциалданатын болсын. Егер осы интервалдың әрбір нүктесінде 1) болса, онда функцияның графигі бұл интервалда дөңес болады; 2) болса, онда функцияның графигі бұл интервалда ойыс болады

4-мысал. гиперболасы (0, +) интервалында ойыс болады, себебі , ал (–, 0) интервалында дөңес, себебі .

75. Функцияның графигінің асимптотасы. Анықтама. Егер қисықтың нүктесі шексіздікке ұмтылғанда нүктесінен түзуге дейінгі қашықтық нөлге ұмтылса, онда мұндай түзуді қисықтың асимптотасы дейді. Асиптоталар тік (вертикаль), көлбеу, горизонталь болып үш түрге бөлінеді.

Анықтама. Егер функциясының ұмтылғанда оң және сол жақты шектерінің біреуі шексіздікке тең болса, яғни немесе онда түзуі функцияның графигінің вертикаль асимптотасы деп аталады. Мысалы, функциясы үшін түзуі вертикаль асимптота болады.

Анықтама. Егер немесе болса, онда түзуі функциясының горизонталь асимптотасы деп аталады. Мысалы, функциясы үшін түзуі горизонталь асимптота болады.

Анықтама. және теңдіктері орындалатындай және сандары табылатын болса, онда түзуі функциясының көлбеу асимптотасы деп аталады.

76. Анықталмаған интеграл анықтамасы және қасиеттері. Анықтама. Егер болса, онда функциясын функциясының анықталмаған интегралы дейді және ол символымен белгіленеді.

Сонымен, мұндағы интеграл белгісі, - айнымалысының дифференциалы, -интеграл астындағы өрнек. Берілген функцияның анықталмаған интегралын табу жолын осы функцияны интегралдау дейді.

Анықталмаған интегралдардың қасиеттері

1. 

2. 

3. , мүндағы кез келген сан.

4.

5. , мұндағы - кез келген сан.

77. Анықталмаған интегралды есептеу тәсілдері. Анықталмаған интегралда айнымалыларды алмастыру. Айнымалыны алмастыру әдісі мына формулаға негізделген

Мұндағы - берілген аралықта дифференциалданатын функция. Тиімді табылған айнымалыны алмастыру формуласы берілген интегралды жеңіл интегралдайтын интегралға, ал кейбір жағдайларда таблицалық интегралға келтіреді.

1- мысал. интегралын табу керек.

Ол үшін алмастыруын жасаймыз. Сонда болады.

= .

Мұнда интегралдаудың соңында бастапқы - айнымалысына көшу керек.

2. Дифференциал астына енгізу әдісі. Бұл әдіс айнымалыны ауыстыру сияқты жиі қолданылады. Интеграл астындағы функцияның көбейткіштерінің біреуін белгісінің астына жазамыз да, оны жаңа айнымалы ретінде қарастырамыз. Еске сала кетейік, функциясын таңбасының астына жазғанда таңбасынан кейін функцияның алғашқы функциясы жазылады, яғни .

Салдар. Айталық үзіліссіз және үзіліссіз дифференциалданатын функциялар болсын, онда

2-мысал. . Бұл формулада таңбасының астына функциясын енгізіп деп жаздық. Модуль таңбасын қолданбаса да болады, себебі интеграл астындағы функция тек болғанда анықталады. Дифференциал таңбасы астында кез келген функцияның алғашқы функциясына тұрақтыны қосып пайдалануға болады.

3. Бөліктеп интегралдау әдісі. Айталық, , -дифференциалданатын функциялар болсын. Онда теңдігі орындалады. Немесе . Осы теңдіктің екі жағынан интеграл алайық, сонда . Осыдан

формуласын аламыз. формуласын бөліктеп интегралдау формуласы дейді. Кейбір жағдайда бөліктеп интегралдау формуласын қолдану арқылы берілген интегралды алғашқыға қарағанда анағұрлым жеңіл алынатын интегралға келтіруге болады.

4- мысал. . .

78. Анықталған интеграл және оның қасиеттері. . ұмтылғанда, яғни ұмтылғанда интегралдық қосындысының шегін табамыз. Егер - интегралдық қосындысы үшін ақырлы шек бар болып, ол кесіндісін дербес бөліктерге бөлу жолына және нүктелерін таңдап алу тәсіліне тәуелсіз болса, онда ол шекті функциясының кесіндісіндегі анықталған интегралы деп атайды және оны символымен белгілейді. Сонымен,

Мұндағы санын интегралдың төменгі шегі, ал санын — жоғары шегі дейді. — интеграл астындағы функция, интеграл астындағы өрнек деп аталады.

Анықталған интегралдың қасиеттері. Бұл бөлімде интегралданатын функцияларды қарастырамыз.

1. , мұнда - нақты сан.

2. .

3.

4. Егер теңсіздігі орындалса, онда .

5. Егер кесіндісінде болса, онда .

6. Орта мән туралы теорема. Егер функциясы кесіндісінде үзіліссіз болса, онда кесіндісінен теңдігі орындалатындай саны табылады.