- •Лекційно-практичний курс
- •З математичного аналізу.
- •Частина 1. Вступ до аналізу.
- •Передмова
- •Довести
- •Елементи теорії множин. Лекція №1 Відношення. Функції.
- •1. Множини, дії над множинами, добуток.
- •2. Відношення. Функції. Приклади.
- •3. Образ, прообраз. Композиція
- •Практичне заняття № 1
- •Лекція №2. Відношення порядку. Множина дійсних чисел. Точна верхня (нижня) границя.
- •1. Відношення порядку. Верхня границя. Приклади.
- •2. Зростаючі функції.
- •3. Дійсні числа. Теорема про точну верхню границю.
- •Практичне заняття № 2 Тема: Відношення, функції. Дії над функціями
- •Лекція №3. Властивості дійсних чисел. Принцип Архімеда.
- •1. Класи чисел
- •2. Принцип Архімеда. Наслідки.
- •Практичне заняття №3 Тема: Відношення порядку. Впорядковані множини. Точна верхня і точна нижня грані. Дійсні числа.
- •Практичне заняття № 4 Тема: Верхня та нижня грані множини. Точна нижня та верхня грані.
- •Практичне заняття №5 Тема: Дійсні числа. Формули скороченого множення. Основні нерівності.
- •Практичне заняття №6 Тема: Принцип математичної індукції.
- •Лекція №4. Кардинальні числа.
- •1. Означення кардинального числа (потужності множини).
- •2. Теорема про множину як завгодно великої потужності.
- •3. Зчисленні множини.
- •Лекція №5. Множини потужності континуум, та їх властивості.
- •1. Потужність континуума.
- •2. Властивості потужності континуум.
- •Практичне заняття № 7 Тема: Еквівалентні множини. Зчислені множини. Множини потужності континуум.
- •Елементи топології. Лекція №6. Метричні, нормовані простори. Відкриті, замкнені множини.
- •1. Метричні простори. Приклади. Шар. Сфера.
- •3. Відкриті, замкнені множини. Замикання.
- •Лекція №7. Неперервні функції. Гомеоморфізми.
- •1. Означення неперервної функції та її властивості
- •2. Гомеоморфізми.
- •Лекція №8. Топологічні простори. Еквівалентні метрики і топології.
- •1. Еквівалентні метрики і норми,
- •2. Топологічні простори.
- •Практичне заняття № 8 Тема: Елементи топології
- •Послідовності. Лекція №9. Границя послідовності та її властивості
- •Лекція №10 Послідовності в r1 та в Rn
- •1. Властивості пов’язані з діями над послідовностями дійсних чисел.
- •2. Теорема Вєйєрштрасса про монотонну послідовність. Число е.
- •3. Лема про три границі. Граничні переходи у нерівностях.
- •4. Топологічні добутки. Послідовності в Rn.
- •Практичне заняття №9 Тема: Границя послідовності.
- •Практичне заняття №10 Тема: Обчислення границі послідовності. Число е.
- •Лекція №11 Границя функції. Означення по Коші і Гейне. Чудові границі.
- •1. Границя функції. Означення по Гейне і Коші.
- •2. Чудові границі:
- •Практичне заняття №11 Тема: Границя функції
- •Практичне заняття №12 Тема: 1а, 2а чудові границі.
- •Практичне заняття №13 Тема: Неперервні функції. Точки розриву функції та їх класифікація.
- •Компактні та зв’язні простори. Властивості неперервних функцій на компактних та зв’язних просторах. Лекція № 13 Компактні простори. Компактні множини в r1 і Rn
- •1. Означення компактних просторів. Приклади.
- •2. Властивості і ознаки компактності.
- •3. Теорема Больцано-Вєйерштрасса.
- •Практичне заняття №14 Тема: Компактні простори
- •Лекція № 14 Властивості неперервних функцій на компактних просторах.
- •1. Теореми Вєйерштрасса. Їх трактування в r1 і Rn.
- •2. Рівномірна неперервність. Теорема Кантора.
- •Лекція № 15 Зв'язні простори. Теорема Больцано-Коші в r1. Існування і неперервність оберненої функції для строго монотонної неперервної функції.
- •1. Означення. Неперервні відображення зв'язаних просторів.
- •2. Теорема про обернену функцію
- •Практичне заняття № 15 Тема: Зв’язні множини. Властивості функцій неперервних на відрізку. Рівномірна неперервність.
- •Лекція № 16 Означення та неперервність елементарних функцій.
- •1. Степенева функція.
- •2. Показникова функція.
- •3. Логарифмічна функція.
- •2. Ознаки Коші для границі послідовності і функції в r1. Повнота r1, Rn.
- •Практичне заняття № 16 Тема: Повні простори. Ознака Коші. Теорема про нерухому точку.
- •Завдання для самостійної роботи
- •Лекція №18. Початкові відомості про ряди. Числові ряди.
- •1. Додатні ряди.
- •2. Знакозмінні ряди.
- •3. Абсолютно збіжні ряди.
- •Практичне заняття № 17 Тема: Числові ряди, їх збіжність.
- •Література
2. Рівномірна неперервність. Теорема Кантора.
Наступна властивість стосується тільки метричних просторів.
Означення.
Нехай Е і
F
- метричні
простори з метриками
.
Відображення
рівномірно неперервне наЕ,
якщо
таких, що
виконується![]()
З рівномірної неперервності випливає неперервність, але обернене твердження невірне.
Приклад.
.
,
при
.
Маємо:
,
отже функція не задовольняє означенню
рівномірної неперервності, але, згідно
властивостям неперервних функцій, буде
неперервною на Е.
Теорема Кантора. Будь-яке неперервне відображення компактного метричного простору Е в метричний простір F рівномірно неперервне.
Доведення. Нехай
відображення
не є
рівномірно неперервне, тобто
![]()
,
але
Покладемо,
,
тоді
,
що
і
Розглянемо послідовність
,
тоді вона має збіжну підпослідовність
в силу компактностіЕ,
нехай це
вона сама ж, тобто
в Е.
Тоді
.
Дійсно,
.
Але в силу неперервності
в точці
матимемо
,
при
.
Отримали суперечність, отже, наше
припущення невірне. Відображення
- рівномірно неперервне.
У випадку
і
теорема має вигляд:
Теорема
(Кантора) . Нехай
,
тоді якщо
- неперервна на[
],
то воно рівномірно неперервне.
Теорема.
Нехай
визначена і неперервна на замкненій
обмеженій множині вRn,
тоді
рівномірно
неперервна.
Лекція № 15 Зв'язні простори. Теорема Больцано-Коші в r1. Існування і неперервність оберненої функції для строго монотонної неперервної функції.
1. Означення. Неперервні відображення зв'язаних просторів.
Простори можуть становити дещо ціле (куля, Rn), а можуть складатися з декількох частин (об’єднання двох сфер). В зв’язку з цим домовимося про деяку термінологію.
Означення. Топологічний простір називається зв'язаним, якщо його не можна розбити на дві відкриті (замкнуті) підмножини, які не перетинаються, або якщо в Е не існує одночасно відкритої і замкненої множини крім Е та Ø.
Теорема.
Для того, щоб підмножина
була зв'язним топологічним простором,
необхідно і достатньо, щоб вона була
відкритим, напіввідкритим, або замкненим
інтервалом (можливо і нескінченним).
Доведення.
Необхідність.
Нехай Е - зв'язна
підмножина R1,
а
.
Покажемо, що
.
Якщо це не так,
тo
і
.
Тоді відкриті
множини
та
перетинаються зЕ,
ділять Е на
дві відкриті множини, які не перетинаються.
Отже, множина Е
- не зв'язна.
Якщо
,
то Е співпадає
з
(де
можливо і нескінченні).
Достатність випливає з означення.
Наслідок. Множина Q - не зв'язна.
Теорема. Образ зв'язного топологічного простору при неперервному відображені є зв'язним.
Доведення. Нехай
,
.
Покажемо
зв'язність F.
Якщо б
було незв'язним,
то
-
відкриті.
Ø.
і
Ø
Ø,
Ø
– відкриті,
Ø
- незв'язаний простір, що й доводить
теорему.
Наслідок.
Якщо неперервна функція
визначена на зв'язному просторіЕ,
із значеннями
в R1,
то множина її значень є відкритим,
напіввідкритим або замкнутим інтервалом
в R1.
Таким чином виконуються теореми:
Теорема
(Больцано-Коші) 1.
Нехай
функція
і неперервна на
та
,
то
,
що
.
Теорема
(Больцано-Коші) 2.
Нехай функція
і неперервна на
та
,
тоді
між А і В
,
що
.
Властивість
проміжних значень (необхідна
умова неперервності функції на відрізку
).
Неперервна на
відрізку
функція своїми значеннями заповнює
деякий відрізок.
Приклад того, що
ця умова не є достатньою: функція
має розрив у
2-го роду, але значеннями заповнює
відрізок
.
