- •Вопросы экзамена по математическому анализу для студентов 1 курса экономического факультета анх
- •Вопрос 1: множества и операции над ними
- •Вопрос 2 : декартово произведение множеств, бинарные отношения
- •Вопрос 3: отображения и их свойства
- •Вопрос 4: множество действительных чисел. Аксиома отделимости
- •§1. Натуральные числа
- •§ 1΄. Аксиомы Пеано
- •§ 2. Целые числа
- •§4. Действительные числа
- •§ 3. Рациональные числа
- •Вопрос 5:верхняя и нижняя грани
- •2. Стягивающиеся отрезки
- •Вопрос 6. Предельные точки
- •Вопрос 7. Приближённые вычисления
- •Вопрос 8. Предел последовательности. Предел функции. Бесконечно малые величины .Арифметические свойства предела
- •Вопрос 9. Предельный переход в неравенствах. Вычисление
- •Вопрос 10: предел монотонной ограниченной функции
- •Вопрос 11: число e
- •Вопрос 12: критерий коши существования предела последовательности, предела функции
- •Вопрос 13: непрерывность. Точки разрыва.Свойства непрерывных функций
- •1. Непрерывна в точке ;
- •2. Существует такая , что.
- •Вопрос 14: непрерывность элементарных функций
- •Вопрос 15: символы ,. Вычисление ,,
- •Вопрос 16: промежуточные значения непрерывной на отрезке функции
- •Вопрос 17: ограниченность непрерывной на отрезке функции
- •Вопрос 18: равномерная непрерывность
- •Вопрос 19: производная, её естественнонаучный смысл и основные свойства
- •1. Дифференцируемость функции
- •2.Производная
- •3. Касательная к графику функции
- •4. Правила дифференцирования
- •4. Производная обратной функции
- •6. Производная сложной функции
- •7. Производная функции, заданной параметрически
- •Вопрос 20: дифференциал. Инвариантность формы первого дифференциала
- •1.Понятие дифференциала числовой функции
- •4.Дифференциал суммы, произведения и частного функций.
- •Вопрос 21:производные и дифференциалы высших порядков
- •1. Последовательные производные
- •2. Примеры
- •3. Линейное свойство производных высших порядков
- •Вопрос 22.
- •Вопрос 23: теоремы ферма, ролля. Необходимые условия экстремума
- •Вопрос 24:теоремы лагранжа, коши.Критерий постоянства функции
- •Вопрос 25: формула тейлора с остаточным членом в форме лагранжа
- •Вопрос 26. Формула тейлора с остаточным членом в форме пеано
- •Вопрос 28: правила лопиталя
- •1. Неопределённость типа
- •Вопрос 29: монотонность функции. Достаточные условия экстремума функции
- •Вопрос 30. Функции спроса торнквиста. Функция полезности. Выпуклость графикафункции.
- •2.Производственные функции.
- •5. Выпуклость графика функции.
- •Необязательный материал, но знание его весьма полезно
- •1.Выпуклость непрерывной функции
- •2. Выпуклость дифференцируемой функции
- •3. Выпуклость дважды дифференцируемой функции
- •4.Точки перегиба
- •31. Пространство , множества в нем.
- •Вопрос32.Функции и отображения. Предел, непрерывность.
- •Функции Кобба-Дугласа.
- •Вопрос 33. Дифференцируемость функции многих переменных. Частные производные
- •Вопрос 34.
- •Вопрос 35.
- •Производная сложной функции. Инвариантность формы первого дифференциала.
- •Вопрос 36. Касательная плоскость
- •Вопрос 37. Производная по направлению, градиент.
- •Необязательный материал, но знание его весьма полезно Матрица Якоби и ее свойства.
- •Вопрос 39. Производные высших порядков
- •Дифференциалы высших порядков
- •Второй дифференциал функции.
- •Вопрос 41. Формулы Тейлора.
- •Билет 42. Экстремумы функций нескольких переменных.
- •Достаточные условия экстремума.
- •Метод наименьших квадратов.
Вопрос 8. Предел последовательности. Предел функции. Бесконечно малые величины .Арифметические свойства предела
Определение
8.1
Если
каждому
сопоставлено число
,
то говорят, что
задана
последовательность
![]()
Некоторые последовательности обладают очень важным свойством – они имеют предел.
Определение
8.2
Последовательность
имеет
предел,
равный числу
A
тогда и только тогда, когда для любого
существует число
такое,
что для всех
,
удовлетворяющих неравенству
, выполняется неравенство
.
Удобно
записывать это определение с помощью
логических символов:
![]()
![]()
![]()
.
Для
обозначения предела последовательности
используется символ:
.
Примеры.
1) Если
для
всех n,
то
![]()
Доказательство.
Для
любого
и любого
,
и любого
n
.
2)
Если
,
то
![]()
Доказательство.
Пусть
.
Возьмем
.
Тогда если
,
то
и
,
поэтому
.
Пусть
определена
в некоторой проколотой окрестности
точкиа.
Определение
8.3
Функция
имеет
при
предел,
равный числу
А
тогда
и только тогда, когда для любой окрестности
точки
А существует проколотая окрестность
точки
а
такая,
что
,
или, равносильно, такая, что для любого![]()
.
С помощью логических символов это
определение записывается так:![]()
Данное определение называется определением предела по Коши.
В
этом определении можно вместо произвольной
рассматривать
при произвольном
и, соответственно, вместо
-
проколотую окрестность
.
Тогда оно примет вид:
.
Вспоминая,
что условие
равносильно неравенствам
,
а условие
равносильно условию
,
получаем равносильную определению8.3
запись определения предела на "языке
":
![]()
Теорема 8.1.
Если предел последовательности
существует, то он единственен, т.е. если
и если
, то
Если предел функции
имеет
при
существует,
то он единственен, т.е.
,
, то
Доказательство.
1)Предположим,
что последовательность имеет пределом
число
,
а также имеет пределом число
,
.
Тогда:
![]()
Полагая
в этом условии
,
получаем, что при
.
Аналогично, поскольку
- тоже предел, получаем, что при![]()
.
Пусть
.
Тогда при
выполняются
условия
и
,
поэтому

Полученное противоречие доказывает теорему.
2)Утверждение
этой теоремы доказывается вполне
аналогично, но оно будет приведено ниже
для полноты изложения. Пусть снова
функция
имеет при
два
предела,
и
.
Тогда, применяя определения предела
при
получаем,
что
для
существуют числа
и
такие, что при
выполняется неравенство
,
а при
выполняется неравенство
.
Тогда положим
и потребуем, чтобы
.
При этом
Полученное
противоречие доказывает теорему.
Определение
8.4 Последовательность
называется
бесконечно
малой,
если
.
Аналогично, функция
-
бесконечно
малая
при
,
если
.
Теорема
8.2.Предел
последовательности
существует и равен А тогда и только
тогда, когда
можно
представить в виде
,
где
- бесконечно малая последовательность.
Аналогично,
тогда и только тогда, когда
,
где
-бесконечно
малая
при
функция.
Доказательство.
Доказательство
проведем для случая функций. Для
последовательностей оно вполне
аналогично. Итак, обозначим
.
Условие
равносильно тому, что
,
что равносильно условию
,
что, в свою очередь, означает, что
-бесконечно
малая
при
.
Определение
8.5 Функция
называетсяограниченной
при
,
если она ограничена в некоторой
,
т.е. если
:![]()
.
Теорема 8.3 (Свойства бесконечно малых)
Если
и
-
бесконечно малые при
,
то алгебраическая сумма -
тоже
бесконечно малая при
;
Если
-
бесконечно малая и
-
ограниченная при
,
то произведение
есть
бесконечно малая при
;
Если
и
-
бесконечно малые при
,
то произведение
-
тоже бесконечно малая при
.
Бесконечно малые последовательности обладают вполне аналогичными свойствами:
Если
и
-
бесконечно малые последовательности,
то алгебраическая сумма -
тоже
бесконечно малая последовательность;
Если
-
бесконечно малая последовательность,
а
- ограниченная последовательность
(т.е.
:
), то
- бесконечно малая последовательность;Если
и
-
бесконечно малые последовательности,
то произведение
-
бесконечно малая последовательность.
Доказательство. Доказательство проводим для случая бесконечно малых функций.
Зафиксируем
произвольное
и рассмотрим
.
Тогда, по определению предела,
![]()
![]()
Обозначив
,
получаем:

.
По
свойству модулей:
,
обозначив
получаем:
.
Таким образом,
![]()
,
т.е.
-
бесконечно малая.
-
ограничена при
,
т.е.
,
:
.
Зафиксируем
произвольное
и рассмотрим
.
Тогда
![]()
.
Обозначив
за
получаем:

.
Значит,
,
т.е.
-
бесконечно малая при
.
Докажем сначала лемму.
Лемма8.1.
Если
-
бесконечно малая при
,
то она ограничена при
.
(наоборот
- неверно!).
Доказательство:
возьмем
и
получим, что
![]()
.
Таким образом, при
![]()
ограничена.
Лемма доказана.
Вернёмся
к теореме. По доказанной лемме
-
ограничена при
.
Осталось применить свойство 2) бесконечно
малых, доказанное выше.
Теорема 8.4 (Арифметические свойства предела)
Пусть
две функции
и
,
имеют пределы
и
,
соответственно, при
.
Тогда предел суммы, разности, произведения,
и, если
,
частного этих функций равны соответственно
сумме, разности, произведению и частному
значения этих пределов, т.е.
,
если
,
то
.
Аналогично
теорема верна и для последовательностей.
Если
,
то
,
то
, а если
,
то и
.
Доказательство. По теореме 8.2 из условия следует, что
,
где
-
бесконечно малые при
![]()
.
Тогда
.
По теореме8.3
алгебраическая сумма бесконечно малых
- бесконечно малая, т.е.
,
снова по теореме 8.2.
Перейдем к произведению
![]()
.
Последние слагаемые - бесконечно малая
величина при
.
По свойствам 2 и 3 бесконечно малых, -
бесконечно малые при
.
По свойству 1 их сумма – бесконечно
малая при
.
По теореме 8.2,
.
Перейдем к пределу частного и докажем сначала лемму:
Лемма
8.2. Если
,
то
выполняется
неравенство
.
Доказательство.
Выберем
.
Тогда
![]()
.
Лемма доказана.
Теперь докажем следующее утверждение:
Лемма
8.3.Если
,
то
.
Доказательство. Имеет место равенство
.
По лемме 8.2 в
выполняется
не равенство
,
следовательно,
.
Значит, функция
ограничена
при
,
и
-
бесконечно малая при
.
Таким образом,
бесконечно малая, т.е.
.
Лемма доказана.
Для
доказательства равенства
применим лемму8.3 и часть теоремы 8.4 о
пределе произведения функций..
