Konceptet e kufijve të sekuencave dhe funksioneve. Kur është e nevojshme të gjendet kufiri i një sekuence, ai shkruhet si më poshtë: lim xn=a. Në një sekuencë të tillë sekuencash, xn priret në a dhe n priret në pafundësi. Sekuenca zakonisht përfaqësohet si një seri, për shembull:
x1, x2, x3...,xm,...,xn... .
Sekuencat ndahen në rritëse dhe zvogëluese. Për shembull:
xn=n^2 - sekuenca në rritje
yn=1/n - sekuencë
Kështu, për shembull, kufiri i sekuencës xn=1/n^:
lim 1/n^2=0
x→∞
Ky kufi është i barabartë me zero, pasi n→∞, dhe sekuenca 1/n^2 tenton në zero.
Në mënyrë tipike, një sasi e ndryshueshme x tenton në një kufi të fundëm a, dhe x vazhdimisht i afrohet a-së dhe sasia a është konstante. Kjo shkruhet si më poshtë: limx =a, ndërsa n gjithashtu mund të priret në zero ose në pafundësi. Ka funksione të pafundme, për të cilat kufiri priret në pafundësi. Në raste të tjera, kur, për shembull, funksioni po ngadalëson një tren, kufiri priret në zero.
Kufijtë kanë një sërë pronash. Në mënyrë tipike, çdo funksion ka vetëm një kufi. Kjo është vetia kryesore e limitit. Të tjerat janë renditur më poshtë:
* Kufiri i shumës është i barabartë me shumën e limiteve:
lim(x+y)=lim x+lim y
* Kufiri i produktit është i barabartë me produktin e kufijve:
lim(xy)=lim x*lim y
* Kufiri i herësit është i barabartë me herësin e kufijve:
lim(x/y)=lim x/lim y
* Faktori konstant merret jashtë shenjës kufitare:
lim(Cx)=C lim x
Jepet një funksion 1 /x në të cilin x →∞, kufiri i tij është zero. Nëse x→0, kufiri i një funksioni të tillë është ∞.
Për funksionet trigonometrike ekzistojnë disa nga këto rregulla. Meqenëse funksioni sin x tenton gjithmonë në unitet kur i afrohet zeros, identiteti qëndron për të:
lim sin x/x=1
Në një numër funksionesh ka funksione, kur llogariten kufijtë e të cilave lind pasiguria - një situatë në të cilën kufiri nuk mund të llogaritet. E vetmja rrugëdalje nga kjo situatë është L'Hopital. Ekzistojnë dy lloje të pasigurive:
* pasiguria e formës 0/0
* pasiguria e formës ∞/∞
Për shembull, jepet një kufi i formës së mëposhtme: lim f(x)/l(x) dhe f(x0)=l(x0)=0. Në këtë rast, lind një pasiguri e formës 0/0. Për të zgjidhur një problem të tillë, të dy funksionet diferencohen, pas së cilës gjendet kufiri i rezultatit. Për pasiguritë e tipit 0/0, kufiri është:
lim f(x)/l(x)=lim f"(x)/l"(x) (në x→0)
I njëjti rregull vlen edhe për pasiguritë e tipit ∞/∞. Por në këtë rast barazia e mëposhtme është e vërtetë: f(x)=l(x)=∞
Duke përdorur rregullin e L'Hopital, mund të gjeni vlerat e çdo kufiri në të cilin shfaqen pasiguritë. Një parakusht për
vëllimi - nuk ka gabime gjatë gjetjes së derivateve. Kështu, për shembull, derivati i funksionit (x^2)" është i barabartë me 2x. Nga këtu mund të konkludojmë se:
f"(x)=nx^(n-1)
Le të shohim disa shembuj ilustrues.
Le të jetë x një ndryshore numerike, X zona e ndryshimit të saj. Nëse çdo numër x që i përket X shoqërohet me një numër të caktuar y, atëherë ata thonë se një funksion është përcaktuar në bashkësinë X dhe shkruajnë y = f(x).
Kompleti X në këtë rast është një plan i përbërë nga dy boshte koordinative - 0X dhe 0Y. Për shembull, le të përshkruajmë funksionin y = x 2. Boshtet 0X dhe 0Y formojnë X - zona e ndryshimit të saj. Figura tregon qartë se si sillet funksioni. Në këtë rast, ata thonë se funksioni y = x 2 është përcaktuar në bashkësinë X.
Bashkësia Y e të gjitha vlerave të pjesshme të një funksioni quhet bashkësia e vlerave f(x). Me fjalë të tjera, grupi i vlerave është intervali përgjatë boshtit 0Y ku përcaktohet funksioni. Parabola e paraqitur qartë tregon se f(x) > 0, sepse x2 > 0. Prandaj, diapazoni i vlerave do të jetë . Ne shikojmë shumë vlera me 0Y.
Bashkësia e të gjitha x quhet domeni i f(x). Ne shikojmë shumë përkufizime me 0X dhe në rastin tonë diapazoni i vlerave të pranueshme është [-; +].
Një pikë a (a i përket ose X) quhet pikë kufitare e bashkësisë X nëse në ndonjë fqinjësi të pikës a ka pika të bashkësisë X të ndryshme nga a.
Ka ardhur koha për të kuptuar se cili është kufiri i një funksioni?
B-ja e pastër tek e cila synon funksioni ashtu siç priret x te numri a quhet kufiri i funksionit. Kjo është shkruar si më poshtë:
Për shembull, f(x) = x 2. Duhet të zbulojmë se për çfarë priret funksioni (nuk është i barabartë me) në x 2. Së pari, shkruajmë kufirin:
Le të shohim grafikun.
Le të vizatojmë një vijë paralele me boshtin 0Y përmes pikës 2 në boshtin 0X. Ai do të presë grafikun tonë në pikën (2;4). Le të hedhim një pingul nga kjo pikë në boshtin 0Y dhe të arrijmë në pikën 4. Për këtë synon funksioni ynë në x 2. Nëse tani e zëvendësojmë vlerën 2 në funksionin f(x), përgjigja do të jetë e njëjtë .
Tani përpara se të kalojmë në llogaritja e limiteve, le të prezantojmë përkufizimet bazë.
Prezantuar nga matematikani francez Augustin Louis Cauchy në shekullin e 19-të.
Supozoni se funksioni f(x) është përcaktuar në një interval të caktuar që përmban pikën x = A, por nuk është aspak e nevojshme që të përcaktohet vlera e f(A).
Pastaj, sipas përkufizimit të Cauchy, kufiri i funksionit f(x) do të jetë një numër i caktuar B me x prirje për A nëse për çdo C > 0 ka një numër D > 0 për të cilin
Ato. nëse funksioni f(x) në x A është i kufizuar nga kufiri B, ky shkruhet si
Kufiri i sekuencës një numër i caktuar A quhet nëse për ndonjë numër pozitiv arbitrarisht të vogël B > 0 ka një numër N për të cilin të gjitha vlerat në rastin n > N plotësojnë pabarazinë
Ky kufi duket si .
Një sekuencë që ka një kufi do të quhet konvergjente nëse jo, ne do ta quajmë divergjente.
Siç e keni vënë re tashmë, kufijtë tregohen nga ikona lim, nën të cilën shkruhet një kusht për variablin, dhe më pas shkruhet vetë funksioni. Një grup i tillë do të lexohet si "kufiri i një funksioni që i nënshtrohet...". Për shembull:
- kufiri i funksionit pasi x tenton në 1.
Shprehja "i afrohet 1" do të thotë që x merr në mënyrë të njëpasnjëshme vlera që i afrohen 1 pafundësisht afër.
Tani bëhet e qartë se për të llogaritur këtë kufi mjafton të zëvendësohet vlera 1 me x:
Përveç një vlere specifike numerike, x gjithashtu mund të priret në pafundësi. Për shembull:
Shprehja x do të thotë se x është vazhdimisht në rritje dhe i afrohet pafundësisë pa kufi. Prandaj, duke zëvendësuar pafundësinë për x, bëhet e qartë se funksioni 1-x do të priret në , por me shenjën e kundërt:
Kështu, llogaritja e limiteve zbret në gjetjen e vlerës së tij specifike ose një zone të caktuar në të cilën bie funksioni i kufizuar nga kufiri.
Bazuar në sa më sipër, rrjedh se gjatë llogaritjes së kufijve është e rëndësishme të përdoren disa rregulla:
Kuptimi thelbi i kufirit dhe rregullat bazë llogaritjet e limitit, do të fitoni njohuri kryesore se si t'i zgjidhni ato. Nëse ndonjë kufi ju shkakton vështirësi, atëherë shkruani në komente dhe ne patjetër do t'ju ndihmojmë.
Shënim: Jurisprudenca është shkenca e ligjeve, e cila ndihmon në konflikte dhe vështirësi të tjera jetësore.
Kur llogaritni kufijtë, duhet të keni parasysh rregullat themelore të mëposhtme:
1. Kufiri i shumës (diferencës) i funksioneve është i barabartë me shumën (diferencën) e kufijve të termave:
2. Kufiri i prodhimit të funksioneve është i barabartë me produktin e kufijve të faktorëve:
3. Kufiri i raportit të dy funksioneve është i barabartë me raportin e kufijve të këtyre funksioneve:
.
4. Faktori konstant mund të merret përtej shenjës kufitare:
.
5. Kufiri i një konstante është i barabartë me vetë konstanten:
6. Për funksionet e vazhdueshme, simbolet e kufirit dhe funksionit mund të ndërrohen:
.
Gjetja e kufirit të një funksioni duhet të fillojë duke zëvendësuar vlerën në shprehjen e funksionit. Për më tepër, nëse fitohet vlera numerike 0 ose ¥, atëherë është gjetur kufiri i dëshiruar.
Shembulli 2.1. Llogaritni kufirin.
Zgjidhje.
.
Shprehjet e formës , , , , , quhen pasiguritë.
Nëse merrni një pasiguri të formës, atëherë për të gjetur kufirin duhet të transformoni funksionin në mënyrë që të zbuloni këtë pasiguri.
Pasiguria e formës zakonisht fitohet kur jepet kufiri i raportit të dy polinomeve. Në këtë rast, për të llogaritur kufirin, rekomandohet faktorizimi i polinomeve dhe zvogëlimi me një faktor të përbashkët. Ky shumëzues është zero në vlerën kufitare X .
Shembulli 2.2. Llogaritni kufirin.
Zgjidhje.
Duke zëvendësuar , marrim pasiguri:
.
Le të faktorizojmë numëruesin dhe emëruesin:
;
Le të reduktojmë me një faktor të përbashkët dhe të marrim
.
Një pasiguri e formës fitohet kur kufiri i raportit të dy polinomeve është dhënë në . Në këtë rast, për ta llogaritur atë, rekomandohet të ndahen të dy polinomet me X në gradën e lartë.
Shembulli 2.3. Llogaritni kufirin.
Zgjidhje. Kur zëvendësojmë ∞, marrim një pasiguri të formës , kështu që i ndajmë të gjitha termat e shprehjes me x 3.
.
Këtu merret parasysh se.
Kur llogaritni kufijtë e një funksioni që përmban rrënjë, rekomandohet të shumëzoni dhe ndani funksionin me konjugatin e tij.
Shembulli 2.4. Llogaritni kufirin
Zgjidhje.
Kur llogariten kufijtë për të zbuluar pasigurinë e formës ose (1) ∞, shpesh përdoren kufijtë e parë dhe të dytë të shquar:
Shumë probleme që lidhen me rritjen e vazhdueshme të një sasie çojnë në kufirin e dytë të jashtëzakonshëm.
Le të shqyrtojmë shembullin e Ya I. Perelman, duke dhënë një interpretim të numrit e në problemin e interesit të përbërë. Në bankat e kursimeve, paratë e interesit i shtohen kapitalit fiks çdo vit. Nëse aderimi bëhet më shpesh, atëherë kapitali rritet më shpejt, pasi një sasi më e madhe përfshihet në formimin e interesit. Le të marrim një shembull thjesht teorik, shumë të thjeshtuar.
Le të depozitohen 100 deniera në bankë. njësi bazuar në 100% në vit. Nëse paratë e interesit i shtohen kapitalit fiks vetëm pas një viti, atëherë deri në këtë periudhë 100 den. njësi do të kthehet në 200 njësi monetare.
Tani le të shohim se në çfarë do të kthehen 100 denize. njësitë, nëse paratë e interesit i shtohen kapitalit fiks çdo gjashtë muaj. Pas gjashtë muajsh, 100 den. njësi do të rritet me 100 × 1,5 = 150, dhe pas gjashtë muajsh të tjerë - me 150 × 1,5 = 225 (den. njësi). Nëse aderimi bëhet çdo 1/3 e vitit, atëherë pas një viti 100 den. njësi do të kthehet në 100 × (1 +1/3) 3 "237 (den. njësi).
Ne do të rrisim kushtet për shtimin e parave të interesit në 0,1 vit, deri në 0,01 vit, deri në 0,001 vit, etj. Pastaj nga 100 den. njësi pas një viti do të jetë:
100 × (1 +1/10) 10 » 259 (den. njësi),
100 × (1+1/100) 100 » 270 (den. njësi),
100 × (1+1/1000) 1000 » 271 (den. njësi).
Me një ulje të pakufizuar të kushteve për shtimin e interesit, kapitali i akumuluar nuk rritet pafundësisht, por i afrohet një kufiri të caktuar të barabartë me afërsisht 271. Kapitali i depozituar me 100% në vit nuk mund të rritet më shumë se 2,71 herë, edhe nëse interesi i përllogaritur. i shtoheshin kryeqytetit çdo sekondë sepse
Shembulli 2.5. Llogaritni kufirin e një funksioni
Zgjidhje.
Shembulli 2.6. Llogaritni kufirin e një funksioni .
Zgjidhje. Duke zëvendësuar marrim pasigurinë:
.
Duke përdorur formulën trigonometrike, ne e transformojmë numëruesin në një produkt:
Si rezultat marrim
Këtu merret parasysh kufiri i dytë i shquar.
Shembulli 2.7. Llogaritni kufirin e një funksioni
Zgjidhje.
.
Për të zbuluar pasigurinë e formës ose, mund të përdorni rregullin e L'Hopital, i cili bazohet në teoremën e mëposhtme.
Teorema. Kufiri i raportit të dy funksioneve pafundësisht të vogla ose pafundësisht të mëdha është i barabartë me kufirin e raportit të derivateve të tyre
Vini re se ky rregull mund të zbatohet disa herë radhazi.
Shembulli 2.8. Gjeni
Zgjidhje. Kur zëvendësojmë, kemi një pasiguri të formës. Duke zbatuar rregullin e L'Hopital, ne marrim
Vazhdimësia e funksionit
Një veti e rëndësishme e një funksioni është vazhdimësia.
Përkufizimi. Funksioni merret parasysh të vazhdueshme, nëse një ndryshim i vogël në vlerën e argumentit sjell një ndryshim të vogël në vlerën e funksionit.
Matematikisht kjo shkruhet si më poshtë: kur
Me dhe nënkuptohet rritja e variablave, pra diferenca midis vlerave pasuese dhe atyre të mëparshme: , (Figura 2.3)
Figura 2.3 – Rritja e variablave |
Nga përkufizimi i një funksioni të vazhdueshëm në pikën rrjedh se . Kjo barazi do të thotë se plotësohen tre kushte:
Zgjidhje. Për funksionin pika është e dyshimtë për një ndërprerje, le ta kontrollojmë këtë dhe të gjejmë kufij të njëanshëm
Prandaj, , do të thotë - pikë pushimi
Derivat i një funksioni
Kufiri i funksionit- numri a do të jetë kufiri i një sasie të ndryshueshme nëse, në procesin e ndryshimit të saj, kjo sasi e ndryshueshme afrohet në mënyrë të pacaktuar a.
Ose me fjalë të tjera, numri Aështë kufiri i funksionit y = f(x) në pikën x 0, nëse për ndonjë sekuencë pikash nga fusha e përcaktimit të funksionit , jo e barabartë x 0, dhe që konvergon në pikën x 0 (lim x n = x0), sekuenca e vlerave përkatëse të funksionit konvergon me numrin A.
Grafiku i një funksioni, kufiri i të cilit, duke pasur parasysh një argument që priret në pafundësi, është i barabartë me L:
Kuptimi Aështë limit (vlera kufi) e funksionit f(x) në pikën x 0 në rast të ndonjë sekuence pikash , e cila konvergon në x 0, por që nuk përmban x 0 si një nga elementët e tij (d.m.th. në afërsi të shpuar x 0), sekuenca e vlerave të funksionit konvergon në A.
Kufiri i një funksioni Cauchy.
Kuptimi A do të jetë kufiri i funksionit f(x) në pikën x 0 nëse për ndonjë numër jo negativ të marrë paraprakisht ε do të gjendet numri përkatës jo negativ δ = δ(ε) të tilla që për çdo argument x, duke plotesuar kushtin 0 < | x - x0 | < δ , pabarazia do të plotësohet | f(x)A |< ε .
Do të jetë shumë e thjeshtë nëse e kuptoni thelbin e kufirit dhe rregullat themelore për gjetjen e tij. Cili është kufiri i funksionit f (x) në x duke u përpjekur për a barazohet A, shkruhet kështu:
Për më tepër, vlera drejt së cilës priret ndryshorja x, mund të jetë jo vetëm një numër, por edhe pafundësi (∞), ndonjëherë +∞ ose -∞, ose mund të mos ketë fare kufi.
Për të kuptuar se si gjeni kufijtë e një funksioni, është më mirë të shikoni shembuj zgjidhjesh.
Është e nevojshme të gjenden kufijtë e funksionit f (x) = 1/x në:
x→ 2, x→ 0, x→ ∞.
Le të gjejmë një zgjidhje për kufirin e parë. Për ta bërë këtë, thjesht mund të zëvendësoni x numri për të cilin priret, d.m.th. 2, marrim:
Le të gjejmë kufirin e dytë të funksionit. Këtu zëvendësoni 0 të pastër në vend xështë e pamundur, sepse Ju nuk mund të pjesëtoni me 0. Por ne mund të marrim vlera afër zeros, për shembull, 0.01; 0,001; 0.0001; 0.00001 e kështu me radhë, dhe vlera e funksionit f (x) do të rritet: 100; 1000; 10000; 100,000 e kështu me radhë. Kështu, mund të kuptohet se kur x→ 0 vlera e funksionit që është nën shenjën limit do të rritet pa limit, d.m.th. përpiqen drejt pafundësisë. Që do të thotë:
Në lidhje me kufirin e tretë. E njëjta situatë si në rastin e mëparshëm, është e pamundur të zëvendësohet ∞ në formën e tij më të pastër. Duhet të shqyrtojmë rastin e rritjes së pakufizuar x. Ne zëvendësojmë 1000 një nga një; 10000; 100000 e kështu me radhë, kemi atë vlerën e funksionit f (x) = 1/x do të ulet: 0,001; 0.0001; 0.00001; dhe kështu me radhë, duke u prirur në zero. Kjo është arsyeja pse:
Është e nevojshme të llogaritet kufiri i funksionit
Duke filluar të zgjidhim shembullin e dytë, shohim pasiguri. Nga këtu gjejmë shkallën më të lartë të numëruesit dhe emëruesit - kjo është x 3, e nxjerrim nga kllapat në numërues dhe emërues dhe më pas e zvogëlojmë me:
Përgjigju
Hapi i parë në duke gjetur këtë kufi, zëvendësoni vlerën 1 në vend të kësaj x, duke rezultuar në pasiguri. Për ta zgjidhur atë, le të faktorizojmë numëruesin dhe ta bëjmë këtë duke përdorur metodën e gjetjes së rrënjëve të një ekuacioni kuadratik 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.
Pra, numëruesi do të jetë:
Përgjigju
Ky është përkufizimi i vlerës së tij specifike ose një zone të caktuar ku bie funksioni, i cili kufizohet nga kufiri.
Për të zgjidhur kufijtë, ndiqni rregullat:
Duke kuptuar thelbin dhe kryesorin rregullat për zgjidhjen e limitit, do të merrni një kuptim bazë se si t'i zgjidhni ato.