Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lekcii.Vysshaya matematika (1 semestr).pdf
Скачиваний:
418
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

Лекция №10

Предел функции. Непрерывность функций

 

проф. Дымков М.П. 80

Односторонние пределы

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение. Число А называется правым пределом функции

f (x) в

точке

x ,

если

для

 

{x },

x → x ,

x > x ,

соответствующая

 

0

 

 

 

n

n n→∞

0

n

0

 

 

 

последовательность значений

{ f (xn )} → A .

При

этом, правый

предел

 

 

A = f (x0 + 0)= lim

 

n→∞

 

 

 

 

 

 

обозначают

f (x) =

lim

f (x) . Аналогично, определяется

 

 

 

x→x0

+0

 

x→x0 ,x>x0

 

 

 

 

 

левый предел

A = f (x0

−0)=

lim f (x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0 −0

 

 

 

 

 

 

 

Связь между односторонними пределами и пределом функции в точке

устанавливается следующим утверждением:

 

 

 

 

 

 

Теорема. Функция

f (x) имеет предел в точке x0

тогда и только тогда,

когда в этой точке существует правый и левый пределы и они равны. В этом случае их общее значение является пределом функции в точке x0

A = lim f (x) =

lim

f (x) = lim f (x).

x→x0

x→x0 +0

x→x0 −0

Т.о., если односторонние пределы существуют, но не равны, то тогда предел функции в этой точке не существует.

Пример.

f (x) =

 

 

 

x

 

 

X = R \ {0} x0 = 0

 

 

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

x

 

 

 

= lim

x

=1

lim

 

 

x

 

= lim

− x

= −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0+ x

 

 

 

 

 

 

x→0+ x

x→0− x

 

x→0−

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x0 −0)≠ f (x0 + 0)

lim f (x) – нет предела в точке x0 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

Свойства пределов функций

Ранее отмечались уже свойства пределов числовых последовательностей,

которые представля N ют

собой пределы функций, определенных на

специальном множестве –

множестве

натуральных чисел так что члены

последовательности есть

an = f (n) .

Нетрудно видеть, что эти свойства

переносятся и на общий случай пределов функций.

Лекция №10 Предел функции. Непрерывность функций проф. Дымков М.П. 81

Теорема. Если

функции f (х)

 

и

 

g(х)

имеют в точке x = x0 предел

A = lim f (x) ,

B = lim g(x), то:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

lim ( f (x) ± g(x)) = lim

f (x) ± lim g(x) = A ± B ;

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

2)

lim (c f (x)) = c lim

f (x) = c A ;

 

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

lim ( f (x) g(x)) = lim

f (x) lim g(x) = A B ;

 

x→x0

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

lim f (x)

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

lim

 

 

=

x→x0

 

 

 

=

, если B ≠ 0 .

 

 

g(x)

lim g(x)B

B

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. lim

 

2x2

−3x + 6

=

2

4 −3

2 +

6

=

 

8

=

2

.

 

x2

+3x + 2

 

4 +

3 2

+ 2

 

12

3

 

x→2

 

 

 

 

 

 

 

Бесконечно малые и бесконечно большие функции. Понятие неопределенности

Важную роль играют функции, предел которых равен 0 или .

Определение. Функция f (х) называется бесконечно малой (б.м.ф.) в

точке x = x0 , если предел lim f (x) = 0 . Аналогично определяются б.м.ф. при

x→x0

x → ±∞, при x → x0 ± 0 (односторонние)

Свойства бесконечно малых функций похожи на соответствующие свойства бесконечно малых последовательностей.

 

Например.

y = x cos 1 ,

x

= 0 .Т.к. у = х – б.м. в т. x = 0, а

 

 

y =

 

cos 1

 

≤1,

 

 

 

 

 

 

 

x

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

x

 

 

то

lim x cos

1 = 0

(как произведение б.м. на ограниченную функцию).

 

 

 

x→∞

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

значения функции f

(х)

стремятся

к бесконечности при x → x0

 

 

 

, то можно ввести следующее понятие (бесконечного) предела.

 

 

f (x) → ∞

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Будем

говорить, что

 

 

lim

f (x) = ∞

(+∞ или −∞) ,

если

 

для

 

 

 

 

 

 

 

x→x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M > 0

δ > 0 что для всех

 

x − x0

 

<δ выполнено условие

 

f (x)

 

> M .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция №10 Предел функции. Непрерывность функций проф. Дымков М.П. 82

Определение. Функция f (х) называется бесконечно большой функцией

(б.б.ф.) в точке x = x0 , если предел lim f (x) = ±∞. Аналогично определяются

x→x0

б.б.ф. при x → ±∞, при x → x0 ± 0.

Связь между б.м.ф. и б.б.ф.:

если f – б.б.ф. в точке x = x0 , то 1f − б.м.ф. в точке x = x0 и наоборот (если f ≠ 0 ).

Понятие неопределенностей.

Часто при вычислении пределов функций встречаются выражения вида α(x) ,

β(x)

где α(x),

β(x) −

б.м.ф.

 

в

 

точке

 

x = x0 . В

этом

случае

такое выражение

символически записывают

как

 

 

0

 

и

называют неопределенностью вида 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Аналогично,

 

если

α(x)

 

и β(x) −

 

б.б.ф.

в

точке

x , то

выражение

α(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

β(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

называют неопределенностью вида

∞ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

x2 −5x

+ 6

 

 

 

0

 

 

 

 

(x − 2)(x

−3)

 

 

 

 

x −3

 

2 −3

= −1.

 

lim

 

 

 

 

 

 

=

= lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

+ 2

 

(x −

2)(x

−1)

 

x −1

2 −1

 

 

x→2 x2 −3x

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x + 2

 

∞

 

 

 

 

x(5 + 2)

 

 

5

+ 0

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

=

 

= lim

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

7

+ 0

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞ 7x +1

 

∞

 

x→∞

 

x(7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

5

2

+

 

3

 

+

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2

−3x + 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

 

x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

lim

= lim

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

=

=

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x5 (1+)

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞ x5 −3x3 +9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подобным образом возникают

неопределенности других типов:

∞ −∞,

0 ∞, ∞0 , 00 , 1∞ . Раскрыть неопределенность – это значит найти предел выражения (если он ), что зависит от поведения конкретных функций, входящих в эти выражения.

Лекция №10

 

Предел функции. Непрерывность функций

 

проф. Дымков М.П.

 

83

§ 2. Замечательные пределы. Сравнение функций. Символы O и o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первый замечательный предел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim sin x

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим круг радиуса R и

сделаем

 

 

 

 

дополнительные построения (см. рисунок).

 

 

 

 

Доказательство. Из рисунка следует

 

 

 

 

неравенство

S∆AOB < ScektopAOB < S∆OAC

или, используя равенство h = Rsin x

и

формулы для площадей сектора и треугольников ∆ , имеем

 

1 R2 sin x <

1 R2 x < 1 R2 tg x

или после сокращения

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

x

 

 

 

1

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1<

 

<

 

 

или 1 >

> cos x .

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

cos x

 

 

x

 

 

 

 

Теперь в последнем неравенстве перейдем к пределу при x → 0

 

 

 

 

 

limcos x < lim sin x

< lim1 1< lim sin x

<1.

 

 

 

 

 

 

x→0

 

 

x→0

x

 

 

x→0

x

 

 

 

Факт

limcos x =1−установим позже в разделе непрерывность функций.

 

 

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойство о “2-х милиционерах” справедливо и для пределов функций. Таким образом, доказали требуемое утверждение.

 

Примеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) lim sin5x

= lim sin5x

5 =1

5 =

5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

3x

 

x→0

5x

 

3

 

 

 

 

3 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−cos x

 

 

2sin

2 x

 

 

5

 

 

sin

x

 

 

sin

x

 

 

1

 

 

 

 

1

 

1

 

2) lim

= lim

 

2

 

 

= lim

2

 

 

2

 

 

= 2

1 1

 

=

.

x2

 

 

x2

 

3

 

x

 

 

 

x

 

 

4

4

2

x→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) lim tg x = lim sin x

 

1

 

 

=1 1 =1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→0

x

x→0

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Второй замечательный предел.

 

 

 

 

 

+

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim 1

x

= e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Его доказательство

сводится

к

использованию

уже

известного предела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 n

→ e .( Упр. )

 

 

 

 

 

 

 

числовой последовательности 1+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

x→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]