Тема 4. Функції від однієї змінної
1. Функція, границя функції.
2. Економічний сенс основних елементарних функцій.
3. Спеціальні функції та границі.
4.1. Функція, границя функції
Означення. Якщо кожному елементу x з області визначення D за деяким правилом поставлено у відповідність один і тільки один елемент y з області значень E , то говорять, що задано функцію y=f(x) .
Функцію на практиці задають таблично, графічно, аналітично (за допомогою формули).
Приклад. Залежність (функцію) прибутку від витрат на рекламу задана такою таблицею:
-
Витрати на рекламу
x
Прибуток
f(x)
50
80
100
220
140
240
160
210
200
160
Областю визначення цієї функції є множина D={50;100;140;160;200}, областю значень – множина E={80;220;240;210;160} .
Приклад. Залежність (функція) Q(p) попиту Q на товар від його ціни p задана графіком (рис. 4.1).
Q
Q1
Q2
p1 p2 p
Рис. 4.1.
Областю визначення цієї функції є відрізок D=[p1;p2] , а областю значень – відрізок E=[Q1;Q2] .
Приклад. Загальні витрати TC на виробництво Q одиниць продукції є функцією, що задана аналітично:
TC(Q) = 20 + 5Q ,
де 20 ‑ це фіксовані витрати (опалення, зарплата сторожеві, тощо), а 5 – це змінні витрати (витрати на кожну одиницю продукції).
Означення. Число b називається границею функції y=f(x) в точці a, якщо для довільної послідовності {xn} , що збігається до точки (числа) a, відповідна послідовність значень функції {f(xn)} буде збігатися до числа b .
Використовують
позначення
За допомогою кванторів ∃ та ∀ це означення можна записати так:
≡ (∀>0)(∃>0)(∀x)[|x-a|<
|f(x)-b
| <]
Приклад.
Розглянемо функцію
.
і співпадає із
значенням y(1)
= 2 ;
;
не існує.
Приклад.
Розглянемо функцію
.
Тут
,
хоча y(10)=5.
Границі функцій мають такі властивості:
якщо існують границі
та
,
то
;
якщо існують границі та , то
;
якщо існують границі
та
, причому
, то
.
Означення.
Функція y=f(x)
називається неперервною в точці x = a,
якщо існує границя цієї функції в точці
a і
Приклад. Зарплата W продавця залежно від кількості x проданого товару (рис. 4.2) є функцією вигляду
W
50 x
Рис. 4.2.
Функція
W(x)
у точці x=50
не є неперервною (вона має розрив).
Справді, хоча W(50)=200
, проте границі
не існує.
Приклади обчислення границь:
(тут
використано властивість неперервності
функцій
та y=x2
);
2) знайти
.
Безпосередньо застосувати третю
властивість не можна, оскільки
, тому спершу скорочуємо дріб.
Тепер
;
3)
.
4.2. Економічний сенс основних елементарних функцій
Лінійна функція y = kx + b (рис. 4.3).
y
b
x
Рис. 4.3.
Нахил k характеризує збільшення показника y, якщо факторна змінна x збільшиться на одиницю.
2
.
Квадратична функція y = ax2 + bx + c
(рис. 4.4, 4.5).
y
y
0 T x 0 T x
а б
Рис. 4.4.
У разі виконання
умов
на інтервалі [0;T]
графік квадратичної функції описує
процес прискореного зростання
(рис. 4.4,а), а у разі
‑
сповільненого зростання
(рис 4.4,б).
y
y
0 T x 0 T x
а б
Рис. 4.5.
За умов
ця ж квадратична функція на відрізку
[0;T]
описує процес прискореного спадання
(рис. 4.5,а), а за умов
‑ сповільненого (рис.
4.5,б).
3. Кубічна функція y=ax3+bx2+cx+d.
Як приклад наведемо функцію загальних витрат на випуск деякої продукції CT = b0+b1Q+b2Q2+b3Q3 залежно від її кількості (рис. 4.6):
CT
Q1
Q2
Q3Q4
Q
Рис. 4.6.
На інтервалі [Q1;Q2] невелике збільшення витрат CT приводить до досить значного збільшення випуску продукції Q (діє так званий закон економії на масштабах виробництва). Проте на відрізку [Q3;Q4] заради такого ж або навіть меншого збільшення випуску Q потрібно значно збільшити величину CT (закон зростаючих витрат). Тому важливо визначити точку перегину кубічної функції.
4.
Обернена функція
.
Частковий
випадок оберненої функції
зображено на рис. 4.7.
y
x
Рис. 4.7.
В оберненій залежності перебувають, наприклад, рівень зайнятості працездатного населення та рівень мінімальної зарплати.
Розглянемо
функцію Енгеля
,
яка описує загальні затрати на споживання
y залежно
від доходу населення x
(рис. 4.8).
y
b0
x
Рис. 4.8.
Параметр b0 фіксує рівень насичення.
5. Логарифмічна функція y = bloga(cx+d)+k (у частковому випадку y = logax). Функція y = loga(x+1) проходить через початок координат (0;0) і описує в деяких ситуаціях залежність обсягу випуску деякої продукції від затрат (рис. 4.9).
y(випуск)
x
(затрати)
Рис. 4.9.
6. Степенева функція y = x (0 < < 1). Частковим випадком степеневої функції є функція . Графік степеневої функції дещо подібний до графіка функції y = loga(x+1).
4.3. Спеціальні функції та границі
Без доведення приймемо такі результати:
;
(4.1)
.
(4.2)
Приклади.
Знайти
.
Знайти
.
Число e має певний економічний сенс.
Нехай один раз за рік нараховуються відсотки в розмірі 12%. Тоді початковий внесок розміром в 1 грн. наприкінці року становитиме 1,12 грн.
Якщо ж щомісячно нараховують 1% (згідно правила складних відсотків) , то наприкінці року матимемо
грн.
Нехай далі (звичайно, теоретично) складні відсотки нараховують 30 разів на місяць у розмірі 1/30%. Тоді майбутня вартість однієї гривні становитиме
грн.
У разі щогодинного нарахування відсотків
грн.
Перейшовши до границі (безперервне нарахування відсотків), отримуємо вартість у розмірі
грн.
Отже, чим менший проміжок нарахування відсотків, тим більшою буде майбутня вартість кожної гривні. Проте значення 1,1275 ніяк не може бути перевищене.
Функція вигляду y = ekx називається показниковою. При k>0 ця функція зростає, а при k<0 ‑ спадає.
Приклад. Попит на деякий товар в інтервалі [60;70] описує залежність p = e0,05Q , а пропозицію – залежність p = 100e-0,02Q (рис. 4.10).
p
Пропозиція
Попит
60
70 Q
Рис. 4.10.
Порівняно з рис. 4.1 тут координатні осі переставлені місцями. Такі графіки прийняті в економічній літературі.
Показникова функція також може описувати процеси насичення (наприклад, додатковий продаж цукру внаслідок збільшення доходів населення). На рис. 4.11 зображений графік функції y = 10-e-x .
y
10
x
Рис. 4.11.
Зазначимо, що в різних ситуаціях (різні країни, різні роки тощо) залежності між однаковими показниками можуть задаватися різними функціями.
Еволюцію
кількості y проданого
товару залежно від часу t
часто описують так званою логістичною
кривою
.
П
риклад.
Конкретна логістична крива задана
формулою
(рис. 4.12).
y
100
9
t0 t
Рис. 4.12.
Знайдемо для нашого прикладу принципову межу для кількості проданого товару:
(одиниць).
Залежність попиту від доходу споживача описують за допомогою функцій Торнквіста (рис. 4.13).
‑ для
товарів першої потреби;
‑ для товарів
другої потреби;
‑ для товарів
розкоші.
y
(попит)
a2
a1
b2 b3 z (доход)
Рис. 4.13.
Побудова конкретних функцій за статистичними даними – задача економетрії.
