Предел функции это в математике: Предел функции: основные понятия и определения
Предел функции это в математике: Предел функции: основные понятия и определения
Содержание
Предел функции: основные понятия и определения
В этой статье мы расскажем, что из себя представляет предел функции. Сначала поясним общие моменты, которые очень важны для понимания сути этого явления.
Понятие предела
В математике принципиально важным является понятие бесконечности, обозначаемое символом ∞. Его следует понимать как бесконечно большое +∞ или бесконечно малое -∞ число. Когда мы говорим о бесконечности, часто мы имеем в виду сразу оба этих ее смысла, однако запись вида +∞ или -∞ не стоит заменять просто на ∞.
Запись предела функции имеет вид limx→x0f(x). В нижней части мы пишем основной аргумент x, а с помощью стрелочки указываем, к какому именно значению x0 он будет стремиться. Если значение x0 является конкретным действительным числом, то мы имеем дело с пределом функции в точке. Если же значение x0 стремится к бесконечности (не важно, ∞, +∞ или -∞), то следует говорить о пределе функции на бесконечности.
Предел бывает конечным и бесконечным. Если он равен конкретному действительному числу, т.е. limx→x0f(x)=A, то его называют конечным пределом, если же limx→x0f(x)=∞, limx→x0f(x)=+∞ или limx→x0f(x)=-∞, то бесконечным.
Если мы не можем определить ни конечное, ни бесконечное значение, это значит, что такого предела не существует. Примером этого случая может быть предел от синуса на бесконечности.
Что такое предел функции
В этом пункте мы объясним, как найти значение предела функции в точке и на бесконечности. Для этого нам нужно ввести основные определения и вспомнить, что такое числовые последовательности, а также их сходимость и расходимость.
Определение 1
Число A является пределом функции f(x) при x→∞, если последовательность ее значений будет сходиться к A для любой бесконечно большой последовательности аргументов (отрицательной или положительной).
Запись предела функции выглядит так: limx→∞f(x)=A.
Определение 2
При x→∞ предел функции f(x) является бесконечным, если последовательность значений для любой бесконечно большой последовательности аргументов будет также бесконечно большой (положительной или отрицательной).
Запись выглядит как limx→∞f(x)=∞.
Пример 1
Докажите равенство limx→∞1×2=0 с помощью основного определения предела для x→∞.
Решение
Начнем с записи последовательности значений функции 1×2 для бесконечно большой положительной последовательности значений аргумента x=1, 2, 3,…, n,….
11>14>19>116>…>1n2>…
Мы видим, что значения будут постепенно уменьшаться, стремясь к 0. См. на картинке:
Далее мы запишем то же самое, но для бесконечно большой отрицательной последовательности.
x=-1, -2, -3,…, -n,…
11>14>19>116>…>1-n2>…
Здесь тоже видно монотонное убывание к нулю, что подтверждает верность данного в условии равенства:
Ответ: Верность данного в условии равенства подтверждена.
Пример 2
Вычислите предел limx→∞e110x.
Решение
Начнем, как и раньше, с записи последовательностей значений f(x)=e110x для бесконечно большой положительной последовательности аргументов. Например, x=1, 4, 9, 16, 25,…, 102,…→+∞.
Поскольку она тоже стремится к нулю, то f(x)=limx→∞1e10x=0.
Наглядно решение задачи показано на иллюстрации. Синими точками отмечена последовательность положительных значений, зелеными – отрицательных.
Ответ: limx→∞e110x=+∞, при x→+∞0, при x→-∞.
Перейдем к методу вычисления предела функции в точке. Для этого нам нужно знать, как правильно определить односторонний предел. Это пригодится нам и для того, чтобы найти вертикальные асимптоты графика функции.
Определение 3
Число B является пределом функции f(x) слева при x→a в том случае, когда последовательность ее значений сходится к данному числу при любой последовательности аргументов функции xn, сходящейся к a, если при этом ее значения остаются меньше a (xn<a).
Такой предел на письме обозначается как limx→a-0f(x)=B.
Теперь сформулируем, что такое предел функции справа.
Определение 4
Число B является пределом функции f(x) справа при x→a в том случае, когда последовательность ее значений сходится к данному числу при любой последовательности аргументов функции xn, сходящейся к a, если при этом ее значения остаются больше a (xn>a).
Этот предел мы записываем как limx→a+0f(x)=B.
Мы можем найти предел функции f(x) в некоторой точке тогда, когда для нее существуют равные пределы с левой и правой стороны, т.е. limx→af(x)=limx→a-0f(x)=limx→a+0f(x)=B. В случае бесконечности обоих пределов предел функции в исходной точке также будет бесконечен.
Теперь мы разъясним данные определения, записав решение конкретной задачи.
Пример 3
Докажите, что существует конечный предел функции f(x)=16(x-8)2-8 в точке x0=2 и вычислите его значение.
Решение
Для того чтобы решить задачу, нам потребуется вспомнить определение предела функции в точке. Для начала докажем, что у исходной функции имеется предел слева. Запишем последовательность значений фукнции, которая будет сходиться к x0=2, если xn<2:
Данная последовательность также сходится к -2, значит, limx→2+016(x-8)2-8=-2.
Мы получили, что пределы с правой и левой стороны у данной функции будут равными, значит, предел функции f(x)=16(x-8)2-8 в точке x0=2 существует, и limx→216(x-8)2-8=-2.
Вы можете увидеть ход решения на иллюстрации (зеленые точки– последовательность значений, сходящаяся к xn<2, синие – к xn>2).
Ответ:
Пределы с правой и левой стороны у данной функции будут равными, значит, предел функции существует, и limx→216(x-8)2-8=-2.
Чтобы более глубоко изучить теорию пределов, советуем вам прочесть статью о непрерывности функции в точке и основных видах точек разрыва.
Решение задач
от 1 дня / от 150 р. Курсовая работа
от 5 дней / от 1800 р.
Реферат
от 1 дня / от 700 р.
Автор:
Ирина Мальцевская
Преподаватель математики и информатики. Кафедра бизнес-информатики Российского университета транспорта
Навигация по статьям
Предыдущая статья
Метод трапеций
Следующая статья
Интегрирование тригонометрических функций
Второй замечательный предел
Непосредственное вычисление пределов, таблица пределов функций
Приложение для планирование графикаДолжно всплывать уведомление то есть к примеру я внес в эту программу данные что завтра должна быть какаято важная встреча к примеру в и автоматически должно всплывать уведомление
Вид работы:
Отчёт по практике
Выполнена:
4 июня 2022 г.
Стоимость:
4 800 руб
Заказать такую же работу
Способы материального представления и записи визуальной информации
Вид работы:
Реферат
Выполнена:
13 апреля 2022 г.
Стоимость:
800 руб
Заказать такую же работу
Контрольная работа
Вид работы:
Контрольная работа
Выполнена:
13 апреля 2022 г.
Стоимость:
3 900 руб
Заказать такую же работу
разработка дизайнпроекта ресторана в датском стиле с элементами экостиля
Вид работы:
Курсовая работа
Выполнена:
20 марта 2022 г.
Стоимость:
2 200 руб
Заказать такую же работу
Статистическая обработка результатов многократных измерений
Вид работы:
Контрольная работа
Выполнена:
28 января 2022 г.
Стоимость:
3 800 руб
Заказать такую же работу
Построение модели парной линейной регрессии
Вид работы:
Контрольная работа
Выполнена:
14 декабря 2021 г.
Стоимость:
1 700 руб
Заказать такую же работу
Смотреть все работы по c#
Урок по теме “Предел функции”
Сморода Александр Александрович, учитель математики
Приветствие учителя, отметить отсутствующих,
проверить подготовку к уроку. Сообщить тему и
цель урока. В дальнейшем все задания выводятся на
интерактивную доску.
2. Ознакомление с теорией предела функции.
Подготовительные упражнения.
Предел функции (предельное
значение функции) в заданной точке, предельной для
области определения функции, — такая величина, к
которой стремится рассматриваемая функция при
стремлении её аргумента к данной точке.
Записывается предел следующим образом .
Вычислим предел:
Подставляем вместо х – 3.
Заметим, что предел числа равен самому числу.
Примеры: вычислите пределы
Если в некоторой точке области определения
функции существует предел и этот предел равен
значению функции в данной точке, то функция
называется непрерывной (в данной
точке).
Вычислим значение функции в точке x0 = 3 и
значение его предела в этой точке.
Значение предела и значение функции в этой
точке совпадает, следовательно, функция
непрерывна в точке x0 = 3.
Но при вычислении пределов зачастую появляются
выражения, значение которых не определено. Такие
выражения называют неопределённостями.
Основные виды неопределенностей:
Раскрытие неопределенностей
Для раскрытия неопределенностей используют
следующее:
упрощают выражение функции: раскладывают на
множители, преобразовывают функцию с
помощью формул сокращенного
умножения, тригонометрических формул,
домножают на сопряженное, что позволяет в
дальнейшем сократить и т.д., и т.п.;
если предел при раскрытии неопределенностей
существует, то говорят, что функция сходится к
указанному значению, если такого предела не
существует, то говорят, что функция расходится.
Пример: вычислим предел.
Разложим числитель на множители
3. Вычисление пределов функции
Пример 1. Вычислите предел функции:
При прямой подстановке, получается
неопределенность:
Разложим на множители числитель и знаменатель
и вычислим предел.
Пример 2. Вычислите предел функции:
При прямой подстановке, получается
неопределенность.
Помножим и числитель, и знаменатель на .
Учтем, что если число разделить на бесконечно
большое число получится ноль. То есть предел Аналогично
Пример 3. Вычислите предел функции:
При прямой подстановке, получается
неопределенность.
Помножим и числитель, и знаменатель на .
Мы учли, что
4. Самостоятельные упражнения
Вычислите пределы:
5. Подведение итогов урока
Данный урок первый по теме: «Предел
функции». На уроке рассмотрены способы
нахождения пределов. Разобрано что такое
неопределенность, как раскрывать
неопределенности. Надо заметить, что есть
пределы, для которых невозможно найти числовое
значение.
6. Домашнее задание
Домашнее задание раздается на карточках
каждому ученику.
Предел. Непрерывность функции (Лекция №1)
ПЕРЕМЕННЫЕ И ПОСТОЯННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
В результате измерения
физических величин (время, площадь, объем, масса, скорость и т.д.) определяются
их числовые значения. Математика занимается величинами, отвлекаясь от их
конкретного содержания. В дальнейшем, говоря о величинах, мы будем иметь в виду
их числовые значения. В различных явлениях некоторые величины изменяются, а
другие сохраняют свое числовое значение. Например, при равномерном движении
точки время и расстояние меняются, а скорость остается постоянной.
Переменной величиной называется величина,
которая принимает различные числовые значения. Величина, числовые значения
которой не меняются, называется постоянной.
Переменные величины будем обозначать буквами x, y, z,…,
постоянные – a, b, c,…
Заметим, что в
математике постоянная величина часто рассматривается как частный случай
переменной, у которой все числовые значения одинаковы.
Областью изменения переменной величины называется совокупность
всех принимаемых ею числовых значений. Область изменения может состоять как из
одного или нескольких промежутков, так и из одной точки.
Будем говорить,
что переменная x есть упорядоченная переменная величина, если известна область ее
изменения, и про каждые из двух любых ее значений можно сказать, какое из них
предыдущее и какое последующее.
Частным случаем
упорядоченной переменной величины является переменная величина, значения
которой образуют числовую
последовательностьx1,x2,…,xn,…
Для таких величин при i < j, i, j Î N, значение xi считается предшествующим, а
xj – последующим независимо от
того, какое из этих значений больше. Таким образом, числовая последовательность
– это переменная величина, последовательные значения которой могут быть
перенумерованы. Числовую последовательность будем обозначать . Отдельные числа последовательности называются ее элементами.
Например,
числовую последовательность образуют следующие величины:
,
,
, где а, d – постоянные
числа.
ФУНКЦИЯ
При изучении
различных явлений природы и решении технических задач, а, следовательно, и в
математике приходится рассматривать изменение одной величины в зависимости от
изменения другой. Так, например, известно, что площадь круга выражается через
радиус формулой S = πr2. Если радиус r принимает различные
числовые значения, то площадь S также
принимает различные числовые значения, т.е. изменение одной переменной влечет
изменение другой.
Если каждому
значению переменной x,
принадлежащему некоторой области, соответствует одно определенное значение
другой переменной y,
то y называется функцией переменной х. Символически
будем записывать y=f(x).
При этом переменная x
называется независимой переменной или
аргументом.
Запись y=C, где C – постоянная, обозначает
функцию, значение которой при любом значении x одно и то же и равно C.
Множество
значений x, для которых можно
определить значения функции y по
правилу f(x), называется
областью определения функции.
Заметим, что числовая
последовательность также является функцией, область определения которой
совпадает с множеством натуральных чисел.
К основным
элементарным функциям относятся все функции, изучаемые в школьном курсе математики:
Элементарной функцией называется функция, которая
может быть задана основными элементарными функциями и постоянными при помощи
конечного числа операций сложения, вычитания, умножения, деления и взятия
функции от функции.
ПОНЯТИЕ ПРЕДЕЛА ЧИСЛОВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
В дальнейшем курсе
математики понятие предела будет играть фундаментальную роль, так как с ним
непосредственно связаны основные понятия математического анализа – производная,
интеграл и др.
Начнем с понятия предела числовой последовательности.
Число a называется пределом последовательности x = {xn},
если для произвольного заранее заданного сколь угодно малого положительного
числа ε найдется такое натуральное число N, что при всех n>N
выполняется неравенство |xn – a| < ε.
Если число a есть предел
последовательности x = {xn},
то говорят, что xn стремится к a, и
пишут .
Чтобы
сформулировать это определение в геометрических терминах введем следующее
понятие.
Окрестностью точки x0 называется произвольный
интервал (a, b), содержащий эту точку
внутри себя. Часто рассматривается окрестность точки x0, для которой x0 является серединой, тогда x0 называется центром
окрестности, а величина (b–a)/2 – радиусом окрестности.
Итак, выясним,
что же означает геометрически понятие предела числовой последовательности. Для
этого запишем последнее неравенство из определения в виде
Это неравенство означает, что все элементы последовательности с номерами n>N должны лежать в интервале (a – ε; a + ε).
Следовательно, постоянное число a есть предел числовой
последовательности {xn}, если для любой малой окрестности с центром в точке a радиуса ε (ε – окрестности
точки a) найдется такой элемент последовательности с номером N, что все последующие элементыс номерами n>N будут находиться внутри этой окрестности.
Примеры.
Пусть переменная величина x последовательно принимает значения
Докажем, что предел этой
числовой последовательности равен 1. Возьмем произвольное положительное число ε. Нам нужно найти такое натуральное число N, что при всех n>N выполняется неравенство |xn – 1| < ε. Действительно, т.к.
,
то для выполнения соотношения |xn – a| < ε достаточно, чтобы или . Поэтому, взяв в качестве N любое натуральное число, удовлетворяющее неравенству , получим что нужно. Так если взять, например, , то, положив N=6, для всех n>6 будем иметь .
Используя определение предела числовой последовательности, доказать что .
Возьмем произвольное ε > 0. Рассмотрим
.
Тогда , если или , т.е. . Поэтому выберем любое натуральное число, удовлетворяющее
неравенству .
Сделаем несколько замечаний.
Замечание 1. Очевидно, что если все элементы числовой
последовательности принимают одно и то же постоянное значение xn = c, то предел этой
последовательности будет равен самой постоянной. Действительно, при любом ε всегда выполняется неравенство |xn – c| = |c – c| = 0 < ε.
Замечание 2. Из определения предела следует, что последовательность не может иметь
двух пределов. Действительно, предположим, что xn → a и
одновременно xn → b. Возьмем любое и отметим окрестности
точек a и b
радиуса ε (см. рис.). Тогда по
определению предела, все элементы последовательности, начиная с некоторого, должны
находиться как в окрестности точки а,
так и в окрестности точки b, что невозможно.
Замечание 3. Не следует думать, что
каждая числовая последовательность имеет предел. Пусть, например, переменная
величина принимает значения . Несложно заметить, что эта последовательность не стремится
ни к какому пределу.
ПРЕДЕЛ ФУНКЦИИ
Пусть
функция y=f(x) определена в некоторой окрестности точки a. Предположим, что независимая переменная x неограниченно приближается к числу a. Это
означает, что мы можем придавать х значения сколь угодно близкие к a, но не
равные a. Будем обозначать это так x → a. Для таких x найдем
соответствующие значения функции. Может случиться, что значения f(x) также неограниченно приближаются
к некоторому числу b.Тогда говорят, что число b есть предел функции f(x) при x → a.
Введем строгое определение предела функции.
Функция y=f(x) стремится к пределу b при x → a, если для
каждого положительного числа ε, как бы мало оно
не было, можно указать такое положительное число δ,
что при всех x ≠ a
из области определения функции, удовлетворяющих неравенству |x – a| < δ, имеет место неравенство |f(x) – b| < ε. Если b есть предел функции f(x) при x → a, то пишут или f(x) → b при x → a.
Проиллюстрируем
это определение на графике функции. Т.к. из неравенства |x – a| < δ должно следовать
неравенство |f(x) – b| < ε, т.е. при x Î (a – δ, a + δ) соответствующие значения
функции f(x) Î (b – ε, b + ε), то, взяв произвольное ε >
0, мы можем подобрать такое число δ, что для
всех точек x, лежащих в δ
– окрестности точки a, соответствующие точки графика
функции должны лежать внутри полосы шириной 2ε,
ограниченной прямыми y = b – ε и y = b + ε.
Несложно заметить, что предел функции должен обладать теми же свойствами, что и предел
числовой последовательности, а именно и если при x → a функция имеет предел,
то он единственный.
Примеры.
Найти предел функции y=2x+1 при x → 1. Используя
график функции, можно увидеть, что если x → 1 с любой
стороны, то соответствующие точки M(x, y) графика стремятся
к точке M(1, 3), т.е. можно предположить, что . Докажем это. Зададим произвольное число ε
> 0. Нам нужно, чтобы выполнялось неравенство |(2x+1) – 3|<ε или |2x–2| < ε,
откуда |x– 1| < ε.
Таким образом, если положить δ = ε/2, то при всех x, удовлетворяющих
неравенству |x– 1|<δ, будет выполняться неравенство |y – 3| < ε. По определению предела это
и означает, что 3 есть предел функции y=2x+1 при x → 1.
Найти предел функции y=ex+1
при x → 0.
Используя
график заданной функции, несложно заметить, .
ПОНЯТИЕ ПРЕДЕЛА ФУНКЦИИ В БЕСКОНЕЧНО УДАЛЕННОЙ ТОЧКЕ
До сих пор мы рассматривали пределы для случая, когда переменная величина
x стремилась к определенному постоянному числу.
Будем говорить, что переменная x стремится к бесконечности,
если для каждого заранее заданного положительного числа M (оно
может быть сколь угодно большим) можно указать такое значение х=х0,
начиная с которого, все последующие значения переменной будут удовлетворять
неравенству |x|>M.
Например, пусть переменная х принимает значения x1= –1, x2=2,
x3= –3, …, xn=(–1)nn, … Ясно, что это бесконечно большая
переменная величина, так как при всех M > 0 все значения
переменной, начиная с некоторого, по абсолютной
величине будут больше M.
Переменная величина x → +∞, если
при произвольном M > 0 все последующие
значения переменной, начиная с некоторого, удовлетворяют неравенству x > M.
Аналогично, x → – ∞, если при любом M > 0 x < -M.
Будем говорить, что функция f(x) стремится к пределу b при x → ∞, если
для произвольного малого положительного числа ε
можно указать такое положительное число M, что для всех значений x, удовлетворяющих неравенству |x|>M,
выполняется неравенство |f(x) – b| < ε.
Обозначают .
Примеры.
Используя определение, доказать, что .
Нужно доказать, что при произвольном ε будет выполняться неравенство , как только |x|>M, причем число М должно определяться выбором ε. Записанное неравенство
эквивалентно следующему , которое будет выполняться, если |x|>1/ε=M. Это и значит,
что (см. рис.).
Несложно заметить, что .
не существует.
БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШИЕ ФУНКЦИИ
Ранее мы рассмотрели случаи, когда функция f(x)
стремилась к некоторому конечному пределу b при x → a
или x → ∞.
Рассмотрим
теперь случай, когда функция y=f(x)
стремится к бесконечности при некотором способе изменения аргумента.
Функция f(x)
стремится к бесконечности при x → a, т.е. является бесконечно большой величиной, если для
любого числа М, как бы велико оно ни было, можно найти такое δ > 0, что для всех значений х≠a, удовлетворяющих условию |x-a| < δ, имеет место неравенство |f(x)| > M.
Если f(x)
стремится к бесконечности при x→a, то пишут или f(x)→∞ при x→a.
Сформулируйте аналогичное определение для случая, когда x→∞.
Если f(x) стремится
к бесконечности при x→a и при этом принимает только
положительные или только отрицательные значения, соответственно пишут или .
Примеры.
.
(см. рис.).
.
Функция при x→0 не стремится ни к какому пределу (см. рис.).
ОГРАНИЧЕННЫЕ ФУНКЦИИ
Пусть задана
функция y=f(x), определенная
на некотором множестве D значений аргумента.
Функция y=f(x) называется
ограниченной на множестве D, если существует положительное
число М такое, что для всех значений x из рассматриваемого
множества, выполняется неравенство |f(x)|≤M.
Если же такого числа М не существует,
то функция f(x)
называется неограниченной на
множестве D.
Примеры.
Функция y=sin x, определенная при -∞<x<+∞, является ограниченной, так
как при всех значениях x |sin x|≤1 = M.
Функция y=x2+2 ограничена, например, на
отрезке [0, 3], так как при всех x из
этого отрезка |f(x)| ≤f(3) = 11.
Рассмотрим функцию y=ln x при x Î (0; 1). Эта функция
неограниченна на указанном отрезке, так как при x→0 ln x→-∞.
Функция y=f(x) называется
ограниченной при x → a,
если существует окрестность с центром в точке а, в которой функция ограничена.
Функция y=f(x) называется
ограниченной при x→∞, если найдется такое число N>0, что при всех значениях х,
удовлетворяющих неравенству |x|>N, функция f(x) ограничена.
Установим связь
между ограниченной функцией и функцией, имеющей предел.
Теорема 1. Если и b – конечное число, то
функция f(x) ограничена
при x→a.
Доказательство. Т.к. , то при любом ε>0 найдется
такое число δ>0, что при вех значениях х,
удовлетворяющих неравенству |x-a|<δ, выполняется неравенство |f(x) –b|<ε. Воспользовавшись свойством модуля |f(x) – b|≥|f(x)| – |b|, последнее неравенство
запишем в виде |f(x)|<|b|+ ε. Таким образом, если
положить M=|b|+ ε, то при x→a |f(x)|<M.
Замечание. Из определения ограниченной функции следует, что
если , то она является неограниченной. Однако обратное
неверно: неограниченная функция может не быть бесконечно большой. Приведите
пример.
Теорема 2. Если , то функция y=1/f(x)
ограничена при x→a.
Доказательство. Из условия теоремы следует,
что при произвольном ε>0
в некоторой окрестности точки a
имеем |f(x) – b|<ε. Т.к. |f(x) – b|=|b – f(x)| ≥|b| – |f(x)|,
то |b| – |f(x)|<
ε. Следовательно, |f(x)|>|b| – ε >0. Поэтому и
Решение высшей математики онлайн
‹– Назад
Заметим, что во всех определениях предыдущего пункта ключевым оказывалось определение набора тех множеств, в которые последовательно, при своём изменении в соответствии с рассматриваемым условием, попадает переменное ( или ), от которого зависит изменяющаяся величина ( или ). В случае условия эти множества имеют вид ; в случае — вид ; в случае — вид . Назовём их окончаниями базы предела при данном условии, а полный набор таких окончаний — базой предела. Базу предела будем обозначать так же, как само условие, а именно, , , и т. п. Таким образом,
Итак, база предела — это набор окончаний, которые должны удовлетворять таким свойствам: все они непусты и если и — два разных окончания (одной и той же базы), то база должна содержать третье окончание , которое содержится в каждом из первых двух: .
Нетрудно видеть, что в рассмотренных выше трёх примерах баз, действительно, все окончания — непустые множества и пересечение двух окончаний совпадает с одним из них (с меньшим) и, тем самым, можно взять равным этому меньшему окончанию. Получили, что рассмотренные наборы множеств действительно являются базами.
Произвольную базу будем обозначать , а её окончания — буквой , быть может, снабжённой индексами. Если , причём , то окончание будем называть более далёким, чем окончание . Например, для базы окончание более далёкое, чем , если ; для базы окончание является тем более далёким, чем меньше число .
Теперь дадим определение предела по заданной базе .
Определение 2.4 Пусть — некоторая база и функция определена во всех точках некоторого окончания базы (и, значит, определена во всех точках более далёких окончаний ). Число называется пределом функции по базе (или при базе ) и обозначается
если
для любого (сколь угодно малого) числа найдётся такое окончание базы , что при всех выполняется неравенство
Тот факт, что , записывают ещё в виде
Нетрудно заметить, что в случае баз , и это общее определение предела, при соответствующей подстановке вида окончаний этих баз, означает ровно то же самое, что приведённые выше, в предыдущем разделе, частные определения пределов.
Геометрический смысл данного определения предела таков: на плоскости , на которой нарисован график функции , проведём горизонтальную полосу ширины вокруг горизонтальной прямой . Тот факт, что , означает, что найдётся достаточно далёкое окончание базы , на котором график функции целиком лежит в этой полосе. При уменьшении ширины полосы окончание, возможно, придётся брать более далёким, но, всё равно, и в любую более узкую полосу умещается график на достаточно далёком окончании.
Рис.2.8.График функции, имеющей предел, умещается в любую узкую полосу на достаточно далёком окончании
Пример 2.4 Постоянная величина, то есть функция, значения которой не зависят от аргумента , имеет предел, равный этой постоянной, при любой (допустимой для данного множества аргументов ) базе .
Действительно, пусть при всех из некоторого окончания базы . Тогда при любом, сколь угодно малом и любом
Это и означает, что .
(Неудивительно: ведь график постоянной — это горизонтальная прямая линия; тем самым, этот график целиком умещается в горизонтальную полосу любой, сколь угодно малой ширины.)
Выгода от введения общего определения предела по базе заключается в том, что теперь, чтобы дать определение предела при некотором новом условии, нам достаточно лишь указать ту базу (набор окончаний), которая этому условию соответствует. Кроме того, весьма многие свойства пределов окажутся общими для пределов по любой базе, и устанавливать эти свойства можно будет исходя из общего определения; было бы слишком расточительно доказывать каждое из общих свойств для каждой новой базы отдельно.
Приведём несколько примеров широко используемых в математическом анализе баз.
Определение 2.5Правосторонний предел функции. Рассмотрим базу , окончаниями которой служат интервалы, примыкающие справа к точке , то есть интервалы вида , где . Легко видеть, что все такие интервалы действительно образуют базу. Предел функции по этой базе называется пределом функции при , стремящемся к справа. База обозначается также или , а предел по этой базе обозначается так: .
Рис.2.9.Предел справа
Оказываясь во все более далёких окончаниях базы, то есть в интервалах с уменьшающимися значениями , точка приближается к точке , оставаясь справа от неё. Это объясняет название предела, вычисляемого по данной базе.
Упражнение 2.2 Запишите с помощью неравенств, содержащих и , данное выше определение в развёрнутом виде.
Аналогично определяется предел функции при , стремящемся к слева. Для этого достаточно указать, какие множества являются окончаниями базы этого предела.
Определение 2.6Левосторонний предел. База состоит из интервалов , , примыкающих к точке слева.
Рис.2.10.Предел слева
База обозначается также . Предел по этой базе называется пределом функции при , стремящемся к слева и обозначается так: .
Левосторонний и правосторонний пределы функции называются односторонними пределами этой функции при . Чтобы подчеркнуть отличие от односторонних пределов, предел называют двусторонним пределом.
Теорема 2.1Если функция имеет оба односторонних предела при и эти пределы равны одному и тому же числу , то существует двусторонний предел , который также равен ; ноаборот, если существует двусторонний предел , то существуют оба односторонних предела и оба они равны числу .
Рис.2.11.Пределы справа и слева совпадают с двусторонним пределом
Доказательство. Пусть фиксировано некоторое число . Так как , то существует такое окончание базы , при из которого выполняется неравенство . Так как , то существует такое окончание базы , при из которого также выполняется неравенство . Рассмотрим теперь меньшее из чисел и и обозначим его . Тогда при и при , то есть на объединении этих двух интервалов , выполняется неравенство . Однако такое объединение интервалов — это окончание базы . Тем самым при любом мы предъявили окончание базы двустороннего предела, такое что при всех из этого окончания верно неравенство . По определению это и означает, что .
Обратно, если существует , то при всех из некоторого двустороннего окончания базы и, следовательно, из каждой из двух половинок (окончания базы ) и (окончания базы ) выполнено неравенство . Это и означает, что и .
Определение 2.7 Через (или ) обозначим базу, окончаниями которой служат объединения двух лучей , где . При увеличении получаем всё более далёкие окончания, уходящие в бесконечность в обе стороны. Предел по такой базе обозначается или .
Введённый этим определением двусторонний (при ) предел уже не имеет такого “наглядного смысла”, как, например, пределы при , . Действительно, как представить себе, что переменная “уходит бесконечно далеко” сразу и направо, в , и налево, в ? Тем не менее, понятие базы позволяет вычислять такой предел с не большими усилиями, чем пределы при условиях, имеющих “наглядное представление”.
Упражнение 2.3 Покажите, пользуясь последним определением, что предел функции, рассмотренной в примере 2.3, при равен 3. Найдите окончание базы , на котором при данном выполняется неравенство .
Упражнение 2.4 Сформулируйте и докажите теорему о связи односторонних (при и ) и двустороннего (при ) пределов, аналогичную теореме 2.1.
В дальнейшем при изучении высшей математики нам понадобятся и гораздо более экзотические базы пределов, в которых представить себе, что именно и к чему стремится, совсем нелегко. Например, при введении определённых интегралов они будут получаться как пределы некоторых величин (интегральных сумм), зависящих от сложного параметра, называемого размеченным разбиением, при некоторой базе, называемой измельчением размеченного разбиения. Тем не менее, и случай таких сложных пределов будет отлично укладываться в общую схему предела по базе, и нам не понадобится доказывать каких-то дополнительных теорем о свойствах таких пределов.
Для того, чтобы нагляднее представлять себе обсуждаемые общие результаты, читатель должен выбрать какую-либо конкретную базу (рекомендуем или какой-либо из односторонних пределов) и наглядно представлять себе, что означает общий результат применительно к выбранной конкретной базе.
Математика, вышка, высшая математика, математика онлайн, вышка онлайн, онлайн математика, онлайн решение математики, ход решения, процес решения, решение, задачи, задачи по математике, математические задачи, решение математики онлайн, решение математики online, online решение математики, решение высшей математики, решение высшей математики онлайн, матрицы, решение матриц онлайн, векторная алгебра онлайн, решение векторов онлайн, система линейных уравнений, метод Крамера, метод Гаусса, метод обратной матрицы, уравнения, системы уравнений, производные, пределы, интегралы, функция, неопределенный интеграл, определенный интеграл, решение интегралов, вычисление интегралов, решение производных, интегралы онлайн, производные онлайн, пределы онлайн, предел функции, предел последовательности, высшие производные, производная неявной функции
Статьи по математике на Gee Test
02. 12.2016 | автор: Денис Борисов
*и немного немецкого автопрома
Скажу сразу, что в этой статье нет ни грамотного определения предела функции, ни достаточного количества разнообразных примеров, ни правил и основных приёмов определения предела. Всё это можно и нужно читать в учебниках и задачниках. Цель этой статьи – помочь понять смысл, суть, скрывающуюся за цифрами, правилами и терминами.
Предел функции f(x) в какой-либо точке х0 – это значение, к которому она стремится при стремлении x к значению х0
В это грубое, неверное с точки зрения математики, определение криво,но вписывается сама суть предела функции. Если разобраться с ним, то потом можно и разбираться во всех тонкостях, которые вполне подробно описаны в учебниках.
Важно разобраться буквально с каждым словом в определении, в этом есть ключ к осознанию определения. Стремление – вот один из основных терминов в определении. Стремление – это максимально возможное приближение. То есть стремление х к какому-либо конкретному значению (обозначаемому как х0, если кто не понял) – это максимальное приближение х к данному значению. В простом случае, если функция имеет значение в точке х0 , то максимально возможное приближение, и есть х0 .
А если при х0 функция не существует? Придётся говорить несколько иначе. А иначе говоря, стремление – это минимальное отличие. Что такое минимальное отличие? Минимальное отличие, это отличие на минимальную величину, на минимальное число. Какое число будет являться минимальным? 0 сразу отбросим, так как отличия на 0 не бывает, если два числа отличаются на 0, то они совпадают, этот случай мы уже описали. Тогда какое это число? 0.1, 0.0001, 0.000000000000000000000000000000001? Но мы всегда можем добавить пару-тройку нолей после запятой и тем самым уменьшить число на несколько порядков, и уменьшать мы можем бесконечно, ну или пока не умрём. Вот тут мы подошли к важному моменту. Товарищи математики в этом случае придумали такую штуку как «Бесконечно Малая Величина» (далее БМВ (= ). БМВ – это величина, которая по модулю меньше любого наперёд заданного числа. Это значит, что для числа 10000 мы можем считать бесконечно малой 0.1, но как только мы озвучили «0.1» БМВ стала 0.0000001 и снова мы озвучили значение БМВ и она стала ещё меньше, например 0.000000000000001, и мы снова это сделали, мы озвучили её значение и она стала… не буду повторять, вы поняли. Она всегда меньше любого озвученного числа, в этом и есть вся магия. Возвращаясь к нашей функции и х0 , в котором она не имеет значения, отметим, что при всех других, хоть сколько-нибудь отличающихся от х0 значениях, она существует, даже если это отличие на БМВ. То есть, если функция при х0 не существует, то стремление х к х0 есть отличие значения х от х0 на БМВ. Подводя черту скажем, что стремление х к х0 – это либо само х0 (если f(x) существует в х0), либо значение, отличающееся от х0 на БМВ (х0±БМВ) (если f(x) не существует в х0 ).
Разберём теперь это на конкретных примерах.
Допустим, есть у нас функция f(x)=3x-1, данная функция определена на всём промежутке по оси х (выражение 3х-1 можно вычислить для любого значения х), следовательно, никаких проблемных мест нет и мы всегда можем вычислить предел данной функции, просто подставив вместо х интересующее нас значение. Если нас интересует предел функции при стремлении х к конечному значению, то всё просто (см. выше): Если нас интересует стремление х в бесконечность, то нам всегда поможет простое рассуждение: [Логично, что если умножить любое конечное число на бесконечно большую величину, оно станет бесконечно большим; а если отнять от бесконечно большого числа конечное число, то оно останется бесконечно большим:]
Допустим, функция f(x) выглядит, как представленно ниже:Данная функция определена не на всём промежутке по оси х (при х=2 знаменатель дроби обращается в 0, а деление на ноль обращает всё сущее в прах и никто на ноль поэтому не делит), поэтому наиболее интересен предел функции при стремлении х к 2.
[Отметим, что 0 здесь это не «ноль» а БМВ, так как на самом деле мы вместо х подставляем не «два», а число, отличающееся от двух на БМВ; кроме того, логично, что если поделить конечное число на бесконечно малое, то оно возрастёт в бесконечное число раз и станет бесконечно большим (попробуйте поделить 2 на 0,0000000000000001)]
Если быть более строгим (что правильно), то стремление х к конкретному значению может быть как с большей, так и с меньшей стороны, в описанном выше примере это приводит к двум случаям (обозначим «2+БМВ» как «2+» (стремление с большей стороны), а «2-БМВ» как «2-»(стремление с меньшей стороны)): 2-2+=-0; 2-2-= 0 – (снова, 0 здесь, это БМВ), следовательно и конечный результат для каждого случая будет иметь значения + бесконечность и – бесконечность. Этот случай иллюстрирует пример предела справа и предела слева, используемые для таких ситуёвин:
Кроме того, отличаются пределы и при стремлении х к любой из бесконечностей. Всё это легко проследить на графике:
На этом статья себя уже исчерпала, всё остальное (включая правильное определение предела функции) ищите в учебниках по высшей математике.
Презентация по математике по теме “Понятие предела функции в точке”
Урюпинский филиал ГБОУ СПО «Волгоградский медицинский колледж»
Понятие предела функции в точке
Преподаватель математики Багрова Г.Г.
Основные вопросы:
Определение предела функции в точке, бесконечно малой и бесконечно большой функции в точке. Связь между б/малыми и б/большими функциями в точке.
Основные теоремы о пределах функций (суммы, произведения и частного).
12/20/16
Предел функции
Предел – одно из основных понятий математического анализа. Понятие предела использовалось еще Ньютоном во второй половине XVII века и математиками XVIII века, такими как Эйлер и Лагранж, однако они понимали предел интуитивно. Первые строгие определения предела дали Больцано в 1816 году и Коши в 1821 году.
Различают –предел функции в точкеипредел функции на бесконечности.
Рассмотрим функции, графики которых изображены на следующих рисунках:
Во всех трех случаях изображена одна и та же кривая, но все же изображают они три разные функции, отличающиеся друг от друга своим поведением в точке
.
Рассмотрим каждый из этих графиков подробнее:
Для функции
,
график которой изображен на
этом рисунке, значение
не существует, функция
в указанной точке не
определена.
Для функции
график которой изображен на
этом рисунке, значение
,
существует, но оно
отличное от, казалось бы,
естественного значения
точка
как бы
выколота.
Для функции
,
график которой изображен на
этом рисунке, значение
существует и оно вполне
естественное.
Для всех трех случаев используется одна и та же запись:
при
которую читают: «предел функции
стремлении
к равен ».
Содержательный смысл этой фразы следующий: если значения аргумента выбирать все ближе и ближе к значению
, то значения функции все меньше и меньше
отличаются от предельного значения
Или можно сказать так:в достаточно малой окрестности точки
справедливо приближенное равенство:
исключается из рассмотрения.
При этом сама точка
Прежде чем перейти к разбору решений
примеров заметим, что если предел функции
при стремлении
к
равен значению
функции в точке
, то в таком случае
функцию называют непрерывной.
График такой функции представляет собой
сплошную линию, без «проколов» и «скачков» .
Функцию
называютнепрерывной
на промежутке
, если она непрерывна в
каждой точке этого промежутка.
Примерами непрерывных функций на всей числовой
прямой являются:
а
Функция
непрерывна на луче
непрерывна на промежутках
функция
Предел функции в точке
ЧислоВназывается пределом функции в точкеа, если для всех значенийх, достаточно близких каи отличных ота, значение функцииf (x)сколь угодно мало отличается
отВ.
Теорема.
Если функцияf (x) имеет предел в точкех0, то этот пределединственный.
Бесконечно малая функция и бесконечно большая функция.
Функция α ( x ) называется бесконечно малой при x → a (здесь a – конечное число или ∞), если
Функция f(x) называется бесконечно большой функцией (или бесконечно большой величиной) при х→а, если
Графическая иллюстрация
х →0
Таким образом,величина, обратная бесконечно малой, есть бесконечно большая, и наоборот.
Теорема 1.
Пределсуммы(разности) 2-х функций равенсумме(разности) их пределов, если последние существуют:
Теорема 2.
Предел константы равен самой этой константе.
Теорема 3.
Пределпроизведения2-х функций равенпроизведениюих пределов, если последние существуют:
Теорема 4.
Пределотношения2-х функций равенотношениюих пределов, если последние существуют ипредел знаменателя отличен от 0:
Теорема 5.
Постоянный множитель можно выносить за знак предела
Теорема 6.
Пределстепенипеременного равен той же степени предела основания:
Вычисление пределов
Вычисление предела :
начинают с подстановки предельного значения x0 в функцию f(x).
Если при этом получается конечное число, то предел равен этому числу.
Если при подстановки предельного значения x0 в функцию f(x) получаются выражения вида:
то предел будет равен:
Вычислить пределы:
Примеры
Вычисление пределов
Часто при подстановке предельного значенияx0в функциюf(x)получаются выражения следующих видов:
Эти выражения называются неопределенности, а вычисление пределов в этом случае называется раскрытие неопределенности.
Методы вычисления пределов на неопределенность
Раскрыть соответствующую неопределенность–это значит найти предел (если он существует) соответствующего выражения, что, однако не всегда просто.
Правило № 1
В большинстве случаев, чтобы раскрыть неопределенность вида,достаточно
числитель и знаменатель дроби разделить на множители, и затем сократить на множитель, приводящий к неопределенности.
Пример №1:
Разложим числитель и знаменатель на множители:
Пример № 2:
Правило № 2
Чтобы раскрыть неопределенность данного вида, зависящую от иррациональности,достаточно перевести иррациональность (или иррациональности) из числителя в знаменатель или из знаменателя в числитель и сократить на множитель, приводящий к неопределенности.
Раскрытие неопределенностей
Раскрытие неопределенности
Если f(x) – дробно – рациональная функция, необходимо разложить на множители числитель и знаменатель дроби
Если f(x) – иррациональная дробь, необходимо умножить числитель и знаменатель дроби на выражение, сопряженное числителю.
Упражнения:
Домашнее задание:
2.2: Предел функции
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Идентификатор страницы
43626
OpenStax
OpenStax
Цели обучения
Используя правильные обозначения, опишите предел функции.
Используйте таблицу значений, чтобы оценить предел функции или определить, когда предел не существует.
Используйте график, чтобы оценить предел функции или определить, когда предел не существует.
Дайте определение односторонним ограничениям и приведите примеры.
Объясните взаимосвязь между односторонними и двусторонними пределами.
Концепция предела или ограничивающего процесса, необходимая для понимания исчисления, существует уже тысячи лет. На самом деле ранние математики использовали ограничивающий процесс для получения все более и более точных приближений площадей кругов. Однако формальное определение предела — в том виде, в каком мы его знаем и понимаем сегодня — появилось только в конце XIX в.2}\),
, которые показаны на рисунке \(\PageIndex{1}\). В частности, давайте сосредоточим наше внимание на поведении каждого графа при \(x=2\) и около него.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): На этих графиках показано поведение трех различных функций вокруг \(x=2\).
Каждая из трех функций не определена в точке \(x=2\), но если мы делаем это утверждение и никакое другое, мы даем очень неполную картину того, как каждая функция ведет себя вблизи точки \(x=2\). Чтобы более полно выразить поведение каждого графа в окрестности \(2\), нам нужно ввести понятие предела. 92−4)/(x−2)\) ведет себя примерно так, как \(x=2\) на рисунке \(\PageIndex{1}\). Поскольку значения \(x\) приближаются к \(2\) по обе стороны от \(2\), значения \(y=f(x)\) приближаются к \(4\). Математически мы говорим, что предел \(f(x)\) при приближении \(x\) к \(2\) равен \(4\). Символически мы выражаем этот предел как
\(\displaystyle \lim_{x \to 2} f(x)=4\).
Из этого очень краткого неформального взгляда на один предел давайте начнем разрабатывать интуитивное определение предела . Мы можем думать о пределе функции при числе \(a\) как об одном действительном числе \(L\), к которому функциональные значения приближаются по мере того, как \(x\)-значения приближаются к \(a\), при условии, что такое вещественное число \(L\) существует. Сформулировав более тщательно, мы имеем следующее определение:
Определение (интуитивное): Предел
Пусть \(f(x)\) – функция, определенная для всех значений в открытом интервале, содержащем \(a\), за возможным исключением самого \(a\), и пусть \(L\) — действительное число. Если все значения функции \(f(x)\) приближаются к действительному числу \(L\), а значения \(x(≠a)\) приближаются к числу \(a\), то мы говорим, что предел \(f(x)\) при приближении \(x\) к \(a\) равен \(L\). (Более кратко, поскольку \(x\) приближается к \(a\), \(f(x)\) приближается и остается близким к \(L\).) Символически мы выражаем эту идею как
\[\lim_{x \to a} f(x)=L. \label{limit} \]
Мы можем оценить пределы, составив таблицы функциональных значений и просмотрев их графики. Этот процесс описан в следующей стратегии решения проблем.
Стратегия решения проблем: оценка предела с использованием таблицы функциональных значений
1. Чтобы оценить \(\displaystyle \lim_{x \to a} f(x)\), мы начнем с заполнения таблицы функциональных значений . Мы должны выбрать два набора \(x\)-значений: один набор значений приближается к \(a\) и меньше \(a\), а другой набор значений приближается к \(a\) и больше \(a\) \). В таблице \(\PageIndex{1}\) показано, как могут выглядеть ваши таблицы.
Таблица \(\PageIndex{1}\)
\(х\)
\(f(x)\)
\(х\)
\(f(x)\)
\(а-0,1\)
\(ф(а-0,1)\)
\(а+0,1\)
\(f(а+0,1)\)
\(а-0,01\)
\(f(a-0,01)\)
\(а+0,01\)
\(f(а+0,01)\)
\(а-0,001\)
\(ф(а-0,001)\)
\(а+0,001\)
\(f(а+0,001)\)
\(а-0,0001\)
\(ф(а-0,0001)\)
\(а+0,0001\)
\(ф(а+0,0001)\)
При необходимости используйте дополнительные значения.
При необходимости используйте дополнительные значения.
2. Далее давайте посмотрим на значения в каждом из столбцов \(f(x)\) и определим, приближаются ли значения к одному значению по мере продвижения вниз по каждому столбцу. В наших столбцах мы смотрим на последовательность \(f(a-0,1)\), \(f(a-0,01)\), \(f(a-0,001)\), \(f(a-0,0001) \) и так далее, и \(f(a+0,1), \;f(a+0,01), \;f(a+0,001), \;f(a+0,0001)\) и так далее. (Примечание. Хотя мы выбрали \(x)-значения \(a±0,1, \;a±0,01, \;a±0,001, \;a±0,0001\) и т. д., и эти значения, вероятно, работают почти каждый раз, в очень редких случаях нам может потребоваться изменить наш выбор.)
3. Если оба столбца приближаются к общему \(y\)-значению \(L\), мы указываем \(\displaystyle \lim_{x \to a}f(x)=L\). Мы можем использовать следующую стратегию для подтверждения результата, полученного из таблицы, или в качестве альтернативного метода оценки предела.
4. С помощью графического калькулятора или компьютерной программы, которая позволяет нам графически отображать функции, мы можем построить график функции \(f(x)\), убедившись, что функциональные значения \(f(x)\) для \(x\ )-значения рядом с \(a\) находятся в нашем окне. Мы можем использовать функцию трассировки, чтобы перемещаться по графику функции и наблюдать за показаниями \(y\)-значения по мере того, как \(x\)-значения приближаются к \(a\). Если \(y\)-значения приближаются к \(L\), когда наши \(x\)-значения приближаются к \(a\) с обоих направлений, то \(\displaystyle \lim_{x \to a}f(x )=L\). Возможно, нам придется увеличить наш график и повторить этот процесс несколько раз.
Мы применяем эту стратегию решения проблем для вычисления лимита в примерах \(\PageIndex{1A}\) и \(\PageIndex{1B}\).
Пример \(\PageIndex{1A}\): оценка предела с помощью таблицы функциональных значений
Оценка \(\displaystyle \lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}\) с использованием таблица функциональных значений.
Решение
Мы рассчитали значения \(f(x)=\dfrac{\sin x}{x}\) для значений \(x\), перечисленных в таблице \(\PageIndex{2 }\).
Таблица \(\PageIndex{2}\)
\(х\)
\(\frac{\sin x}{x}\)
\(х\)
\(\frac{\sin x}{x}\)
-0,1
0,998334166468
0,1
0,998334166468
-0,01
0,999983333417
0,01
0,999983333417
-0,001
0,999999833333
0,001
0,999999833333
-0,0001
0,999999998333
0,0001
0,999999998333
Примечание. Значения в этой таблице были получены с помощью калькулятора и с использованием всех мест, указанных в выходных данных калькулятора.
Читая каждый столбец \(\dfrac{\sin x}{x}\), мы видим, что значения в каждом столбце приближаются к единице. Таким образом, вполне разумно заключить, что \(\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{\sin x}{x}=1\). График \(f(x)=\dfrac{\sin x}{x}\), построенный калькулятором или компьютером, будет аналогичен графику, показанному на рисунке \(\PageIndex{2}\), и подтверждает наши оценивать.
Рисунок \(\PageIndex{2}\): график \(f(x)=(\sin x)/x\) подтверждает оценку из таблицы \(\PageIndex{2}\).
Пример \(\PageIndex{1B}\): оценка предела с помощью таблицы функциональных значений
Оценка \(\displaystyle \lim_{x\to4}\frac{\sqrt{x}−2}{x−4 }\) с помощью таблицы функциональных значений.
Решение
Как и прежде, мы используем таблицу — в данном случае Table \(\PageIndex{3}\) — для перечисления значений функции для заданных значений \(x\).
Таблица \(\PageIndex{3}\)
\(х\)
\(\frac{\sqrt{x}−2}{x−4}\)
\(х\)
\(\ гидроразрыва {\ sqrt {х}-2} {х-4} \)
3,9
0,251582341869
4.1
0,248456731317
3,99
0,25015644562
4.01
0,24984394501
3,999
0,250015627
4. 001
0,249984377
3,9999
0,250001563
4.0001
0,249998438
3,99999
0,25000016
4.00001
0,24999984
Изучив эту таблицу, мы видим, что функциональные значения меньше 4 уменьшаются до 0,25, тогда как функциональные значения больше 4 увеличиваются до 0,25. Мы заключаем, что \(\displaystyle \lim_{x\to4}\frac{\sqrt{x}−2}{x−4}=0,25\). Мы подтверждаем эту оценку, используя график \(f(x)=\dfrac{\sqrt{x}−2}{x−4}\), показанный на рисунке \(\PageIndex{3}\).
Рисунок \(\PageIndex{3}\): график \(\frac{\sqrt{x}−2}{x−4}\) подтверждает оценку из таблицы \(\PageIndex{3}\).
Упражнение \(\PageIndex{1}\)
Оценка \(\displaystyle \lim_{x \to 1} \frac{\frac{1}{x}−1}{x−1}\) с использованием таблицы функциональных ценностей. Используйте график, чтобы подтвердить свою оценку.
Подсказка
Используйте 0,9, 0,99, 0,999, 0,9999, 0,99999 и 1,1, 1,01, 1,001, 1,0001, 1,00001 в качестве табличных значений.
На данный момент мы видим из примеров \(\PageIndex{1A}\) и \(\PageIndex{1b}\), что может быть так же просто, если не проще, оценить предел функции, исследуя его график, как он есть, для оценки предела с помощью таблицы функциональных значений. В примере \(\PageIndex{2}\) мы оцениваем ограничение исключительно по графику, а не по таблице функциональных значений.
Пример \(\PageIndex{2}\): оценка предела с помощью графика {х\к-1}г(х)\).
Рисунок \(\PageIndex{4}\): График \(g(x)\) включает одно значение не на гладкой кривой.
Решение :
Несмотря на то, что \(g(-1)=4\), при приближении \(x\)-значений к \(-1\) с любой стороны, \(g(x) \) значения приближаются к \(3\). Следовательно, \(\displaystyle \lim_{x\to-1}g(x)=3\). Заметим, что мы можем определить этот предел, даже не зная алгебраического выражения функции.
На основе примера \(\PageIndex{2}\) мы делаем следующее наблюдение: возможно, что предел функции существует в точке, и функция может быть определена в этой точке, но предел функции и значение функции в точке могут быть разными.
Упражнение \(\PageIndex{2}\)
Используйте график \(h(x)\) на рисунке \(\PageIndex{5}\) для оценки \(\displaystyle \lim_{x \to 2 }h(x)\), если это возможно.
Рисунок \(\PageIndex{5}\):
Подсказка
К какому \(y\)-значению приближается функция, когда \(x\)-значение приближается к \(2\)?
Решение
\(\displaystyle \lim_{x \to 2}h(x)=−1. \)
Глядя на таблицу функциональных значений или глядя на график функции, мы получаем полезную информацию о значении предела функции в данной точке. Однако эти методы слишком полагаются на догадки. Со временем нам потребуется разработать альтернативные методы оценки пределов. Эти новые методы носят более алгебраический характер, и мы рассмотрим их в следующем разделе; однако на этом этапе мы вводим два специальных ограничения, которые лежат в основе будущих методов.
Два важных ограничения
Пусть \(a\) — действительное число, а \(c\) — константа.
\(\displaystyle \lim_{x \to a}x=a\)
\(\displaystyle \lim_{x \to a}c=c\)
Мы можем сделать следующие замечания относительно этих двух пределов.
Для первого предела заметим, что по мере того, как \(x\) приближается к \(a\), приближается и \(f(x)\), потому что \(f(x)=x\). Следовательно, \(\displaystyle \lim_{x \to a}x=a\).
Для второго ограничения рассмотрим таблицу \(\PageIndex{4}\).
Таблица \(\PageIndex{4}\)
\(х\)
\(f(x)=c\)
\(х\)
\(f(x)=c\)
\(а-0,1\)
\(с\)
\(а+0,1\)
\(с\)
\(а-0,01\)
\(с\)
\(а+0,01\)
\(с\)
\(а-0,001\)
\(с\)
\(а+0,001\)
\(с\)
\(а-0,0001\)
\(с\)
\(а+0,0001\)
\(с\)
Обратите внимание, что для всех значений \(x\) (независимо от того, приближаются ли они к \(a\)), значения \(f(x)\) остаются постоянными при \(c\). У нас нет другого выбора, кроме как заключить \(\displaystyle \lim_{x \to a}c=c\).
Существование предела
Когда мы рассматриваем предел в следующем примере, имейте в виду, что для того, чтобы предел функции существовал в точке, функциональные значения должны приближаться к единственному вещественному значению в этой точке. Если функциональные значения не приближаются к единому значению, то предела не существует.
Пример \(\PageIndex{3}\): оценка несуществующего предела
Вычислить \(\displaystyle\lim_{x \to 0}\sin(1/x)\) с помощью таблицы значений.
Решение
В таблице \(\PageIndex{5}\) перечислены значения функции \(\sin(1/x)\) для заданных значений \(x\).
Таблица \(\PageIndex{5}\)
\(х\)
\(\sin(1/x)\)
\(х\)
\(\sin(1/x)\)
-0,1
0,544021110889
0,1
−0,544021110889
-0,01
0,50636564111
0,01
−0,50636564111
-0,001
−0,8268795405312
0,001
0,8268795405312
-0,0001
0,305614388888
0,0001
−0,305614388888
-0,00001
−0,035748797987
0,00001
0,035748797987
-0,000001
0,3499187
0,000001
−0,3499187
Изучив таблицу функциональных значений, мы видим, что \(y\)-значения не приближаются ни к одному единственному значению. Получается, что предела не существует. Прежде чем сделать такой вывод, давайте подойдем более системно. Возьмем следующую последовательность \(x\)-значений, приближающихся к \(0\):
На данный момент мы действительно можем заключить, что \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \ sin(1/x)\) не существует. (Математики часто сокращают «не существует» до DNE. Таким образом, мы будем писать \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \sin(1/x)\) DNE.) График \(f(x) =\sin(1/x)\) показан на рисунке \(\PageIndex{6}\) и дает более четкое представление о поведении \(\sin(1/x)\) при \(x\) приближается к \(0\). Вы можете видеть, что \(\sin(1/x)\) все более сильно колеблется между \(-1\) и \(1\) по мере того, как \(x\) приближается к \(0\). 92−4∣}{x−2}\) не существует.
Односторонние пределы
Иногда указание на то, что предел функции не существует в какой-то точке, не дает нам достаточно информации о поведении функции в этой конкретной точке. Чтобы убедиться в этом, вернемся к функции \(g(x)=|x−2|/(x−2)\), представленной в начале раздела (см. рисунок \(\PageIndex{1}\)(b )). Поскольку мы выбираем значения \(x\), близкие к \(2\), \(g(x)\) не приближаются к одному значению, поэтому предел при приближении \(x\) к \(2\) не существуют, то есть \(\displaystyle \lim_{x \to 2}g(x)\) DNE. Однако одно это утверждение не дает нам полной картины поведения функции вокруг \(x\)-значения \(2\). Чтобы обеспечить более точное описание, мы вводим идею 9+}g(x)=1.\nonumber \]
Теперь мы можем дать неформальное определение односторонних пределов.
Определение: односторонние пределы
Мы определяем два типа односторонних пределов.
Предел слева:
Пусть \(f(x)\) – функция, определенная при всех значениях в открытом интервале вида \((z,a)\), и пусть \(L\ ) — действительное число. Если значения функции \(f(x)\) приближаются к действительному числу \(L\), как значения \(x\) (где \(x 2-4\)”> 0,004001