Sekų ir funkcijų ribų sampratos. Kai reikia rasti sekos ribą, ji rašoma taip: lim xn=a. Tokioje sekų sekoje xn linksta į a, o n – į begalybę. Seka paprastai vaizduojama kaip serija, pavyzdžiui:
x1, x2, x3...,xm,...,xn... .
Sekos skirstomos į didėjančias ir mažėjančias. Pavyzdžiui:
xn=n^2 – didėjanti seka
yn=1/n – seka
Taigi, pavyzdžiui, sekos xn=1/n^ riba:
lim 1/n^2=0
x→∞
Ši riba lygi nuliui, nes n→∞, o seka 1/n^2 linkusi į nulį.
Paprastai kintamasis dydis x linkęs į baigtinę ribą a, o x nuolat artėja prie a, o dydis a yra pastovus. Tai parašyta taip: limx =a, o n taip pat gali būti linkęs arba į nulį, arba į begalybę. Yra begalės funkcijų, kurių riba linkusi į begalybę. Kitais atvejais, kai, pavyzdžiui, funkcija sulėtina traukinį, riba linkusi į nulį.
Limitai turi keletą savybių. Paprastai bet kuri funkcija turi tik vieną ribą. Tai yra pagrindinė ribos savybė. Kiti išvardyti žemiau:
* Sumos limitas yra lygus limitų sumai:
lim(x+y)=lim x+lim y
* Produkto limitas yra lygus limitų sandaugai:
lim(xy)=lim x*lim y
* Dalinio riba yra lygi ribų daliniui:
lim(x/y)=lim x/lim y
* Pastovus koeficientas imamas už ribinio ženklo ribų:
lim(Cx)=C lim x
Duota funkcija 1 /x, kurioje x →∞, jos riba lygi nuliui. Jei x→0, tokios funkcijos riba yra ∞.
Trigonometrinėms funkcijoms yra keletas šių taisyklių. Kadangi funkcija sin x visada linkusi į vienybę, kai artėja prie nulio, jai galioja tapatybė:
lim sin x/x=1
Daugelyje funkcijų yra funkcijų, kurių ribas skaičiuojant atsiranda neapibrėžtumas – situacija, kai ribos negalima apskaičiuoti. Vienintelė išeitis iš šios situacijos yra „L'Hopital“. Yra dviejų tipų neapibrėžtumas:
* formos neapibrėžtis 0/0
* formos ∞/∞ neapibrėžtis
Pavyzdžiui, pateikiama tokios formos riba: lim f(x)/l(x), ir f(x0)=l(x0)=0. Šiuo atveju iškyla 0/0 formos neapibrėžtis. Norint išspręsti tokią problemą, abi funkcijos yra diferencijuojamos, po to randama rezultato riba. 0/0 tipo neapibrėžčių riba yra:
lim f(x)/l(x)=lim f"(x)/l"(x) (esant x → 0)
Ta pati taisyklė galioja ir ∞/∞ tipo neapibrėžčiai. Bet šiuo atveju teisinga tokia lygybė: f(x)=l(x)=∞
Naudodami L'Hopital taisyklę galite rasti bet kokių ribų, kuriose atsiranda neapibrėžčių, vertes. Būtina sąlyga
apimtis – ieškant išvestinių klaidų nėra. Taigi, pavyzdžiui, funkcijos (x^2)" išvestinė yra lygi 2x. Iš čia galime daryti išvadą, kad:
f"(x)=nx^(n-1)
Pažvelkime į keletą iliustruojančių pavyzdžių.
Tegu x yra skaitinis kintamasis, X – jo kitimo sritis. Jei kiekvienas skaičius x, priklausantis X, yra susietas su tam tikru skaičiumi y, tada jie sako, kad funkcija yra apibrėžta aibėje X, ir rašo y = f(x).
X rinkinys šiuo atveju yra plokštuma, susidedanti iš dviejų koordinačių ašių – 0X ir 0Y. Pavyzdžiui, pavaizduokime funkciją y = x 2. 0X ir 0Y ašys sudaro X – jo pasikeitimo sritį. Paveikslėlyje aiškiai parodyta, kaip veikia funkcija. Šiuo atveju jie sako, kad funkcija y = x 2 yra apibrėžta aibėje X.
Visų funkcijos dalinių reikšmių rinkinys Y vadinamas reikšmių rinkiniu f(x). Kitaip tariant, reikšmių rinkinys yra intervalas išilgai 0Y ašies, kuriame yra apibrėžta funkcija. Pavaizduota parabolė aiškiai parodo, kad f(x) > 0, nes x2 > 0. Todėl reikšmių diapazonas bus . Mes žiūrime į daugybę verčių pagal 0Y.
Visų x aibė vadinama f(x) sritimi. Į daugelį apibrėžimų žiūrime 0X, o mūsų atveju priimtinų reikšmių diapazonas yra [-; +].
Taškas a (a priklauso arba X) vadinamas aibės X ribiniu tašku, jei bet kurioje taško a kaimynystėje yra aibės X taškų, kurie skiriasi nuo a.
Atėjo laikas suprasti, kokia yra funkcijos riba?
Iškviečiamas grynasis b, į kurį funkcija linkusi taip, kaip x linksta į skaičių a funkcijos riba. Tai parašyta taip:
Pavyzdžiui, f(x) = x 2. Turime išsiaiškinti, į ką funkcija linkusi (nėra lygi) ties x 2. Pirmiausia užrašome ribą:
Pažiūrėkime į grafiką.
Nubrėžkime liniją, lygiagrečią 0Y ašiai per tašką 2 0X ašyje. Jis kirs mūsų grafiką taške (2;4). Iš šio taško numeskime statmeną į ašį 0Y ir pateksime į tašką 4. Tai yra tai, ko mūsų funkcija siekia x 2. Jei dabar reikšmę 2 pakeisime funkcija f(x), atsakymas bus toks pat. .
Dabar, prieš pereinant prie limitų skaičiavimas, pristatykime pagrindinius apibrėžimus.
Prancūzų matematiko Augustino Louiso Cauchy pristatė XIX a.
Tarkime, kad funkcija f(x) yra apibrėžta tam tikrame intervale, kuriame yra taškas x = A, bet visai nebūtina apibrėžti f(A) reikšmę.
Tada, pagal Cauchy apibrėžimą, funkcijos riba f(x) bus tam tikras skaičius B su x link A, jei kiekvienam C > 0 yra skaičius D > 0, kuriam
Tie. jei funkcija f(x) ties x A ribojama riba B, tai rašoma kaip
Sekos riba tam tikras skaičius A vadinamas, jei bet kuriam savavališkai mažam teigiamam skaičiui B > 0 yra skaičius N, kurio visos reikšmės tuo atveju n > N tenkina nelygybę
Ši riba atrodo taip.
Seka, kuri turi ribą, bus vadinama konvergentine, jei ne, vadinsime ją divergentine.
Kaip jau pastebėjote, ribas nurodo lim piktograma, pagal kurią įrašoma tam tikra kintamojo sąlyga, o tada įrašoma pati funkcija. Toks rinkinys bus skaitomas kaip „funkcijos, kuriai taikoma..., riba“. Pavyzdžiui:
- funkcijos, kaip x, riba yra 1.
Posakis „artėja prie 1“ reiškia, kad x paeiliui įgyja vertes, kurios artėja prie 1 be galo artimos.
Dabar tampa aišku, kad norint apskaičiuoti šią ribą, pakanka x reikšmę pakeisti 1:
Be konkrečios skaitinės reikšmės, x taip pat gali būti linkęs į begalybę. Pavyzdžiui:
Išraiška x reiškia, kad x nuolat didėja ir be apribojimų artėja prie begalybės. Todėl x pakeitus begalybe, tampa akivaizdu, kad funkcija 1-x bus linkusi , bet su priešingu ženklu:
Taigi, limitų skaičiavimas reikia rasti konkrečią jo reikšmę arba tam tikrą sritį, kurioje patenka ribos apribota funkcija.
Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, darytina išvada, kad skaičiuojant ribas svarbu vadovautis keliomis taisyklėmis:
Supratimas ribos esmė ir pagrindinės taisyklės ribiniai skaičiavimai, sužinosite, kaip jas išspręsti. Jei koks nors apribojimas sukelia jums sunkumų, rašykite komentaruose ir mes tikrai jums padėsime.
Pastaba: Jurisprudencija yra dėsnių mokslas, padedantis konfliktuose ir kituose gyvenimo sunkumuose.
Skaičiuojant limitus reikia atsižvelgti šias pagrindines taisykles:
1. Funkcijų sumos (skirtumo) riba lygi terminų ribų sumai (skirtumui):
2. Funkcijų sandaugos riba lygi veiksnių ribų sandaugai:
3. Dviejų funkcijų santykio riba lygi šių funkcijų ribų santykiui:
.
4. Pastovus koeficientas gali būti paimtas už ribinio ženklo:
.
5. Konstantos riba lygi pačiai konstantai:
6. Nepertraukiamoms funkcijoms ribinius ir funkcijų simbolius galima sukeisti:
.
Funkcijos ribos paieška turėtų prasidėti funkcijos išraiškoje pakeičiant reikšmę. Be to, jei gaunama skaitinė reikšmė 0 arba ¥, vadinasi, buvo rasta norima riba.
2.1 pavyzdys. Apskaičiuokite ribą.
Sprendimas.
.
Vadinamos , , , , , formos išraiškos neaiškumų.
Jei gaunate formos neapibrėžtumą, norėdami rasti ribą, turite pakeisti funkciją, kad atskleistumėte šį neapibrėžtumą.
Formos neapibrėžtis paprastai gaunama, kai pateikiama dviejų daugianario santykio riba. Šiuo atveju norint apskaičiuoti ribą, rekomenduojama daugianario koeficientą ir sumažinti bendruoju koeficientu. Šis daugiklis yra lygus nuliui esant ribinei vertei X .
2.2 pavyzdys. Apskaičiuokite ribą.
Sprendimas.
Pakeitę , gauname neapibrėžtumą:
.
Suskaičiuokime skaitiklį ir vardiklį:
;
Sumažinkime bendru koeficientu ir gaukime
.
Formos neapibrėžtis gaunama, kai dviejų daugianario santykio riba pateikiama ties . Šiuo atveju, norint jį apskaičiuoti, rekomenduojama padalyti abu daugianario iš X vyresnysis laipsnis.
2.3 pavyzdys. Apskaičiuokite ribą.
Sprendimas. Keisdami ∞, gauname formos neapibrėžtį, todėl visas išraiškos sąlygas dalijame iš x 3.
.
Čia atsižvelgiama į tai, kad.
Skaičiuojant funkcijos, turinčios šaknis, ribas, funkciją rekomenduojama padauginti ir padalinti iš jos konjugato.
2.4 pavyzdys. Apskaičiuokite limitą
Sprendimas.
Skaičiuojant ribas, kad atskleistų formos neapibrėžtumą arba (1) ∞, dažnai naudojamos pirmosios ir antrosios reikšmingos ribos:
Daugelis problemų, susijusių su nuolatiniu tam tikro kiekio augimu, veda prie antrosios nepaprastos ribos.
Panagrinėkime Ya I. Perelman pavyzdį, pateikiantį skaičiaus interpretaciją e sudėtinių palūkanų problema. Taupomosiose kasose prie pagrindinio kapitalo kasmet pridedami palūkanų pinigai. Jei prisijungiama dažniau, kapitalas auga greičiau, nes formuojant palūkanas įtraukiama didesnė suma. Paimkime grynai teorinį, labai supaprastintą pavyzdį.
Tegul įneša į banką 100 denų. vienetų remiantis 100% per metus. Jei palūkanų pinigai prie pagrindinio kapitalo pridedami tik po metų, tai iki šio laikotarpio 100 den. vienetų pavirs į 200 piniginių vienetų.
Dabar pažiūrėkime, į ką pavirs 100 denizų. vienetų, jei kas šešis mėnesius prie pagrindinio kapitalo pridedami palūkanų pinigai. Po šešių mėnesių 100 den. vienetų padidės 100 × 1,5 = 150, o dar po šešių mėnesių - 150 × 1,5 = 225 (den. vnt.). Jeigu prisijungiama kas 1/3 metų, tai po metų 100 den. vienetų pavirs į 100 × (1 +1/3) 3 "237 (den. vnt.).
Palūkanų pinigų pridėjimo terminus padidinsime iki 0,1 metų, iki 0,01 metų, iki 0,001 metų ir kt. Tada iš 100 den. vienetų po metų bus:
100 × (1 +1/10) 10 » 259 (den. vienetai),
100 × (1+1/100) 100 » 270 (den. vienetai),
100 × (1+1/1000) 1000 » 271 (den. vienetai).
Neribotai sumažinus palūkanų pridėjimo terminus, sukauptas kapitalas neauga neribotą laiką, o artėja prie tam tikros ribos, lygios maždaug 271. 100% per metus deponuojamas kapitalas negali padidėti daugiau nei 2,71 karto, net jei sukauptos palūkanos buvo įtrauktos į sostinę kas vos sekundę, nes
2.5 pavyzdys. Apskaičiuokite funkcijos ribą
Sprendimas.
2.6 pavyzdys. Apskaičiuokite funkcijos ribą .
Sprendimas. Pakeisdami gauname neapibrėžtumą:
.
Naudodami trigonometrinę formulę, skaitiklį paverčiame sandauga:
Kaip rezultatas, mes gauname
Čia atsižvelgiama į antrą reikšmingą ribą.
2.7 pavyzdys. Apskaičiuokite funkcijos ribą
Sprendimas.
.
Norėdami atskleisti formos neapibrėžtumą arba, galite naudoti L'Hopital taisyklę, kuri remiasi tokia teorema.
Teorema. Dviejų be galo mažų arba be galo didelių funkcijų santykio riba lygi jų išvestinių santykio ribai
Atminkite, kad ši taisyklė gali būti taikoma kelis kartus iš eilės.
2.8 pavyzdys. Rasti
Sprendimas. Keisdami turime formos neapibrėžtumą. Taikydami L'Hopital taisyklę gauname
Funkcijos tęstinumas
Svarbi funkcijos savybė yra tęstinumas.
Apibrėžimas. Svarstoma funkcija tęstinis, jei nedidelis argumento vertės pokytis reiškia nedidelį funkcijos vertės pokytį.
Matematiškai tai parašyta taip: kada
Žodžiu ir reiškia kintamųjų prieaugį, tai yra skirtumą tarp vėlesnių ir ankstesnių reikšmių: , (2.3 pav.)
2.3 pav. – Kintamųjų padidėjimas |
Iš tolydžios funkcijos apibrėžimo taške išplaukia, kad . Ši lygybė reiškia, kad tenkinamos trys sąlygos:
Sprendimas. Dėl funkcijos taškas įtartinas dėl nenuoseklumo, patikrinkime tai ir suraskime vienpuses ribas
Vadinasi, , Reiškia - lūžio taškas
Funkcijos išvestinė
Funkcijos riba- numeris a bus kurio nors kintamo dydžio riba, jei jo kitimo procese šis kintamasis dydis neribotą laiką priartės a.
Arba, kitaip tariant, skaičius A yra funkcijos riba y = f(x) taške x 0, jei bet kuriai taškų sekai iš funkcijos apibrėžimo srities , nelygi x 0, ir kuris susilieja su tašku x 0 (lim x n = x0), atitinkamų funkcijų reikšmių seka susilieja į skaičių A.
Funkcijos, kurios riba, esant argumentui, linkusiam į begalybę, yra lygi L:
Reikšmė A yra funkcijos riba (ribinė vertė). f(x) taške x 0 bet kurios taškų sekos atveju , kuris susilieja su x 0, bet kuriame nėra x 0 kaip vienas iš jo elementų (t. y. pradurtoje aplinkoje x 0), funkcijos reikšmių seka susilieja su A.
Koši funkcijos riba.
Reikšmė A bus funkcijos riba f(x) taške x 0 jei už kokį nors iš anksto paimtą neneigiamą skaičių ε bus rastas atitinkamas neneigiamas skaičius δ = δ(ε) toks, kad kiekvienam argumentui x, atitinkančią sąlygą 0 < | x - x0 | < δ , nelygybė bus patenkinta | f(x)A |< ε .
Tai bus labai paprasta, jei suprasite ribos esmę ir pagrindines jo nustatymo taisykles. Kokia yra funkcijos riba f (x) adresu x siekiantis a lygus A, parašyta taip:
Be to, vertė, į kurią linksta kintamasis x, gali būti ne tik skaičius, bet ir begalybė (∞), kartais +∞ arba -∞, arba ribos gali nebūti.
Norėdami suprasti, kaip rasti funkcijos ribas, geriausia žiūrėti į sprendimų pavyzdžius.
Būtina rasti funkcijos ribas f (x) = 1/x adresu:
x→ 2, x→ 0, x→ ∞.
Raskime pirmosios ribos sprendimą. Norėdami tai padaryti, galite tiesiog pakeisti x skaičius, į kurį jis linkęs, t.y. 2, gauname:
Raskime antrąją funkcijos ribą. Vietoj to pakeiskite gryną 0 x tai neįmanoma, nes Negalite padalyti iš 0. Bet mes galime paimti reikšmes, artimas nuliui, pavyzdžiui, 0,01; 0,001; 0,0001; 0,00001 ir pan., ir funkcijos reikšmė f (x) padidės: 100; 1000; 10 000; 100 000 ir pan. Taigi galima suprasti, kad kada x→ 0 funkcijos, kuri yra po ribiniu ženklu, reikšmė didės be ribos, t.y. siekti begalybės. O tai reiškia:
Dėl trečiosios ribos. Tokia pati situacija kaip ir ankstesniu atveju, pakeisti neįmanoma ∞ gryniausia forma. Turime apsvarstyti neriboto didinimo atvejį x. 1000 pakeičiame po vieną; 10 000; 100 000 ir tt, mes turime tą funkcijos reikšmę f (x) = 1/x sumažės: 0,001; 0,0001; 0,00001; ir taip toliau, linkę į nulį. Štai kodėl:
Būtina apskaičiuoti funkcijos ribą
Pradėdami spręsti antrąjį pavyzdį, matome neapibrėžtumą. Iš čia randame aukščiausią skaitiklio ir vardiklio laipsnį - tai yra x 3, išimame jį iš skliaustų skaitiklyje ir vardiklyje ir sumažiname:
Atsakymas
Pirmas žingsnis rasti šią ribą, vietoj to pakeiskite reikšmę 1 x, todėl atsiranda netikrumas. Norėdami tai išspręsti, suskaidykime skaitiklį faktoriais ir atlikime tai naudodami kvadratinės lygties šaknų radimo metodą x 2 + 2x - 3:
D = 2 2 - 4 * 1 * (-3) = 4 + 12 = 16→ √ D=√16 = 4
x 1,2 = (-2±4)/2→ x 1 = -3;x 2= 1.
Taigi skaitiklis bus toks:
Atsakymas
Tai yra jos konkrečios reikšmės arba tam tikros srities, kurioje funkcija patenka, apibrėžimas, kurį riboja riba.
Norėdami išspręsti apribojimus, vadovaukitės taisyklėmis:
Supratę esmę ir pagrindinį limito sprendimo taisyklės, gausite pagrindinį supratimą, kaip juos išspręsti.