Вопрос 13
Существование односторонних пределов у монотонных функций.
Def.:
Функция
называется возрастающей (убывающей) на
если из
следует
(или наоборот).
Th.:
Пусть
функция f
возрастает на (a,b).Тогда

Pr.:
Пусть
Возьмем произвольное
Выберем
таким, что
.
Тогда в силу возрастания функции f,
Следовательно,

Вопрос 14
Непрерывность функций в точке. Непрерывность сложной функции.
Def.:
Функция f
называется непрерывной в точке
,
если выполняется какое-либо из следующих
условий:
-
; -
; -
для

-
для

-
для

-
для

Th.:
Пусть f
непрерывна в точке
непрерывна в точке
Тогда
непрерывна в точке
.
Pr.:
Пусть
– произвольная окрестность
.
В силу непрерывности f
в
.
В силу непрерывности
в точке
.
Последнее означает, в частности, что
определена на
и значения ее в точках
лежат в
.
Следовательно, на
определена сложная функция
,
причем
.
Где
.
В силу произвольности
это означает непрерывность
в точке
.
Вопрос 16
Достижимость (точной) верхней и (точной) нижней грани функцией, непрерывной на отрезке.
Th.: Теорема Вейерштрасса. Функция, непрерывная на отрезке, ограничена и достигает своих верхней и нижней грани.
Pr.:
Пусть
По определению верхней грани
.
Следовательно,
Последовательность
ограничена, так как
По теореме Б.-В. Выделим из нее сходящуюся
подпоследовательность
при
Переходя к пределу в неравенстве
,
получаем, что
В
силу непрерывности функции f
в точке
имеем

С
другой стороны
– последовательность сходящейся к В
последовательности. Поэтому
Из последних двух соотношений получаем,
что
(
Отсюда следует, во-первых, что
т.е. что функция f
ограничена сверху, и, во-вторых, что
функция f
достигает своей верхней грани в точке
Теорема доказана.
Вопрос 17
Теорема о промежуточных значениях непрерывность функции.
Th.:
Теорема Больцано-Коши. Пусть функция
непрерывна на отрезке [a,b],
f(a)=A,
f(b)=B.
Пусть С находится между А и В. Тогда
.
Pr.:
Пусть для определенности, A=f(a)
.
Поделим отрезок [a,b]
пополам и через
обозначим такую его половину, для
которой f
Поделим
отрезок пополам и через
его половину, для которой f
.
Продолжая процесс, получим стягивающуюся
систему вложенных отрезков
,
для которых f
.
Пусть
Тогда при
и в силу непрерывности функции f
в точке
.
при
Переходя к пределу в последнем неравенстве,
получаем
.
Теорема доказана.
Вопрос 18
Теорема о обратной функции.
Th.:
Пусть функция
задана на отрезке [a,b],
строго возрастает и непрерывна. Тогда
функция задана на отрезке
строго
возрастает и непрерывна.
Pr.:
Найдем область значений
Поскольку
то
.
С другой стороны, по теореме Б.-К. для
так что [A,B]
.
Следовательно,
Строгое
возрастание
следует из леммы (функция от f
также строго монотонна, как f
в степени).
Установим
непрерывность
.
Пусть сначала
так что
Пусть
столь
мало, что

Функция
f
устанавливает взаимно однозначное
соответствие отрезка
и отрезка
.
При этом
.
Возьмем
столь малым, что (
Тогда
Следовательно,
непрерывна в точке
.
Пусть
теперь
Тогда непрерывность
в точке
доказывается аналогично. Теорема
доказана.
