- •1 Семестр
- •Глава 1. Пределы и непрерывность
- •§ 1.1. Числовые множества
- •1.1.1. Ограниченные множества
- •1.1.2. Точные грани множества
- •1.1.3. Существование точных граней
- •§ 1.2. Предел последовательности
- •Предельные точки и предел последовательности
- •Арифметические свойства предела последовательности
- •Свойства предела последовательности
- •Глава 2. Предел функции и непрерывность
- •§ 2.1. Предел функции в точке
- •Эквивалентные определения
- •2.1.2. Свойства предела функции в точке.
- •2.1.3. Арифметические свойства пределов
- •2.1.4. Критерий Коши существования предела
- •2.1.5. Односторонние пределы и пределы на бесконечности
- •§ 2.2. Непрерывность в точке и на отрезке
- •2.2.1. Непрерывность функции в точке
- •2.2.2. Первый замечательный предел
- •2.2.3. Второй замечательный предел
- •2.2.4. Бесконечно малые функции
- •2.2.5. Бесконечно большие функции
- •2.2.6. Классификация точек разрыва
- •2.2.7. Непрерывность функции на отрезке
2.1.3. Арифметические свойства пределов
Если существуют
пределы
![]()
то существуют следующие пределы и
выполняются равенства:
1)
2)![]()
3)
4)
при![]()
Для доказательства
воспользуемся определением предела
функции по Гейне. Для любой последовательности
такой, что
и
соответствующие последовательности
и
являются сходящимися и выполняются
равенства![]()
Тогда согласно свойствам пределов
последовательности существую пределы
следующих последовательностей и
выполняются равенства:
1)
2)![]()
3)
4)
при![]()
Согласно определению предела функции по Гейне это означает, что существуют пределы соответствующих функций и выполняются соответствующие равенства.
Упражнение.
Пусть
и
- многочлены. Доказать равенства:
1)
![]()
2)
если![]()
2.1.4. Критерий Коши существования предела
Теорема. Предел
функции
в
точке
существует
тогда и только тогда, когда для любого
найдётся
такое, что при всех![]()
удовлетворяющих условиям
![]()
выполняется неравенство
![]()
Доказательство.
Предположим,
что существует
Тогда
для любого
найдется
такое, что при всех
удовлетворяющих
условию
выполняется неравенство
Следовательно,
при всех
![]()
удовлетворяющих условиям
![]()
выполняются неравенства
что и
требовалось доказать.
Докажем обратное
утверждение. Нужно показать, что
существует
Возьмём произвольное
Тогда найдётся
такое, что при всех![]()
удовлетворяющих условиям![]()
выполняется неравенство
Воспользуемся определением предела
функции по Гейне. Возьмём произвольную
последовательность
такую, что
и
Тогда для найденного
существует номер
такой, что при всех![]()
выполняются неравенства
![]()
Тогда
и для последовательности
выполняется условие Коши, следовательно,
она сходится.
Осталось показать,
что для всех последовательностей
с заданными условиями предел
последовательности
будет один и тот же. Возьмём две
последовательности
и
такие, что
и![]()
Тогда по доказанному существуют пределы
последовательностей
и
Рассмотрим
последовательность
такую, что![]()
Тогда
следовательно, существует предел
последовательности
Так как последовательности
и
являются подпоследовательностями
последовательности
то их пределы равны между собой. Согласно
определению предела функции по Гейне
существует предел
![]()
Следствие. У
функции
в точке
не существует предела
тогда и только
тогда, когда найдётся
такое, что для любого
такое, существуют![]()
удовлетворяющие неравенствам
![]()
![]()
Пример. Докажем,
что у функции Дирихле
не существует предела ни в одной точке
Действительно, возьмём
Тогда для любого
найдутся![]()
для которых выполняются неравенства![]()
Однако![]()
2.1.5. Односторонние пределы и пределы на бесконечности
Определение.
Число
называется пределом функциисправа
в точке
![]()
если для любого
существует
такое, что для всех
удовлетворяющих условию
выполняется неравенство
Число
называется пределом функциислева
в точке
![]()
если для любого
существует
такое, что для всех
удовлетворяющих условию
выполняется неравенство![]()
Утверждение. Предел функции в точке существует тогда и только тогда, когда существуют равные между собой пределы справа и слева.
Пример.
![]()
![]()
Определение.
Число
называетсяпределом
функции при
стремящемся к бесконечности,
если для любого
существует
такое, что для всех
удовлетворяющих условию
выполняется неравенство
Число
называетсяпределом
функции при
стремящемся к плюс бесконечности,
если для любого
существует
такое, что для всех
удовлетворяющих условию
выполняется неравенство
Число
называетсяпределом
функции при
стремящемся к минус бесконечности,
если для любого
существует
такое, что для всех
удовлетворяющих условию
выполняется неравенство![]()
Пределы функций на бесконечности обладают теми же свойствами, что и пределы функций в точке.
