- •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
Лекція № 16 Означення та неперервність елементарних функцій.
Як приклад
застосування властивостей та теорем
доведених у минулих лекціях означимо
елементарні функції на
та доведемо їх неперервність.
1. Степенева функція.
Розглянемо функцію
яка, згідно з властивостями неперервних
функцій, неперервна як добутокn
неперервних функцій
.
Крім того, функція
як композиція неперервних функцій
теж є неперервною на всій множині.
Отже степенева
функція
з
раціональним показником
(якщо
то
і
означена вище, якщо
,
то
і
)
- коректно означена на
і неперервна на всій множині.
Не складно довести,
що функція
строго зростаюча, а
строго спадаюча.
Крім того, виконуються всі властивості степенів, доведення котрих ми залишаємо для самостійної роботи.
2. Показникова функція.
Нехай
довільне число. Тоді для будь-якого
,
згідно з існуванням степеневої функції,
існує число
і виконуються властивості:
1. Якщо
![]()
,
то
.
Доведення. Оскільки
,
то
для будь-якого
.
Тоді для будь-якого
,
тобто
або
для будь-якого
.
Отже
.
2.
![]()
Доведення. Спочатку
покажемо, що
.
(за нерівністю
Бернуллі). Отже
при
і з властивості граничних переходів в
нерівностях маємо, що
при
.
Таким чином
.
Покажемо, що
.
Нехай
при
.
Для кожного
існує
таке, що
при
(оскільки
).
Тоді
.
Оскільки
при
(з вище доведеного) то згідно з властивостями
граничних переходів в нерівностях
маємо, що
.
Оскільки рівність доведена для будь-якої
послідовності
,
при
,
то за ознакою Гейне
існує і дорівнює 1.
Введемо означення
показникової функції для
.
Якщо
,
то (згідно з наслідками принципу Архімеда)
існує
такі, що
,
отже
.
Для будь-яких
і
.
Таким чином множина
обмежена зверху, а множина
обмежена знизу, отже існують числа
(з означень точної верхньої та нижньої
границі). Покажемо, що
.
За означенням
маємо
,
де
,
отже
.
Оскільки при
,
маємо:
таке, що якщо
,
то
,
звідки
.
Означення. Для
будь-якого
визначимо
Таким чином, для будь-якого
коректно визначена показникова функція
.
Властивості показникової функції.
1. При
функція
строго зростаюча. Дійсно, якщо
,
то існують
і
,
(згідно принципу Архімеда). Отже за
означенням
та попередньо доведеної властивості
1, маємо
.
2. Функція
(
)
неперервна на
.
Покажемо, що
значення
заповнюють множину
.
Нехай
і
Ø.
Оскільки з нерівності
,
то для
маємо
.
З аксіоми повноти, існує
такий, що
для
.
Покажемо, що
.
Якщо
то, оскільки
при
,
існує
,
що
,
але з нерівності
(у зв’язку з тим, що
розділяє множини А і В). Однак, за
означенням множин А і В, маємо
Ø,
це протирічить вище отриманим включенням.
Отже наше припущення невірне, тобто
.
Аналогічно отримаємо, протиріччя, якщо
припустимо
,
тобто
.
За теоремою про
монотонну функцію, яка заповнює значеннями
проміжок, маємо що
неперервна на
.
Якщо
то
,
де
і функція
визначена і неперервна (за властивостями
неперервних функцій) та спадаюча на
.
3. Логарифмічна функція.
Функція обернена
до функції
![]()
називається логарифмічною функцією
.
За теоремою про обернену функцію вона
існує та неперервна і монотонна (в
залежності від
).
З властивостей степенів виконується
відповідні властивості логарифмів, які
ми залишаємо на самостійне вивчення.
4. Степенева функція з довільним показником.
Нехай
,
тоді степеневою функцією з показником
визначимо функцію![]()
яка існує та неперервна, за теоремою
про композицію неперервних функцій.
Лекція № 17
Повні простори. Зв'язок повноти і компактності. Ознака Коші. Теорема про нерухому точку.
1. Означення і ознаки повноти.
Означення.
Нехай в метричному просторі Е
задана
послідовність
.
Говорять, що це послідовність Коші
(фундаментальна), якщо:
(властивість
метрична, а не топологічна).
Властивості.
Якщо послідовність {
}
збіжна, то вона є послідовність Коші.
Будь-яка послідовність Коші обмежена.
Будь-яка підпослідовність послідовності Коші сама є послідовністю Коші.
Якщо послідовність Коші має граничну точку, то вона збігається до неї.
Означення. Метричний простір Е називається повним, якщо будь-яка послідовність Коші збіжна в даному просторі.
Теорема. Будь-який метричний простір Е, усі замкнуті кулі якого компактні, повний. В частинному випадку: повний, будь-який метричний, компактний простір; будь-який скінчено вимірний нормований векторний простір.
Доведення. Оскільки кожна послідовність Коші обмежена, то міститься в деякій замкнутій кулі В, тобто в деякому компакті. За теоремою Больцано-Вейєрштрасса вона має граничну точку. Отже, послідовність збігається до цієї граничної точки і простір Е повний.
Наприклад.
1.
-повний
за теоремою.
2.
- не є повною множиною.
Будь-який метричний простір можна доповнити до повного. Тому, як правило, розглядаються тільки повні простори.
