Funkcja wykładnicza kilka dopowiedzeń

Podobne dokumenty
1 Funkcje i ich granice

Zapisujemy to symbolicznie jako równość:. Mówimy też, że ciąg posiada granicę niewłaściwą (równą nieskończoności).

Przykładami ciągów, które Czytelnik dobrze zna (a jeśli nie, to niniejszym poznaje), jest ciąg arytmetyczny:

Szeregi o wyrazach dodatnich. Kryteria zbieżności d'alemberta i Cauchy'ego

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

Granice funkcji. XX LO (wrzesień 2016) Matematyka elementarna Temat #8 1 / 21

Ciągłość funkcji f : R R

Całki niewłaściwe. Całki w granicach nieskończonych

Pochodne wyższych rzędów definicja i przykłady

Analiza matematyczna. 1. Ciągi

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

Pochodną funkcji w punkcie (ozn. ) nazywamy granicę ilorazu różnicowego:

Rozdział 6. Ciągłość. 6.1 Granica funkcji

Pochodna funkcji odwrotnej

Dlaczego nie wystarczają liczby wymierne

Lista zagadnień omawianych na wykładzie w dn r. :

Temperatura w atmosferze (czy innym ośrodku) jako funkcja dł. i szer. geogr. oraz wysokości.

E-learning - matematyka - poziom rozszerzony. Funkcja wykładnicza. Materiały merytoryczne do kursu

Ciągi liczbowe wykład 3

1 Liczby rzeczywiste. 1.1 Dlaczego nie wystarczają liczby wymierne

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

Rozdział 3. Granica i ciągłość funkcji jednej zmiennej

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

Finanse i Rachunkowość studia niestacjonarne Wprowadzenie do teorii ciągów liczbowych (treść wykładu z 21 grudnia 2014)

1. Definicja granicy właściwej i niewłaściwej funkcji.

WŁASNOŚCI FUNKCJI MONOTONICZNYCH

Matematyka ZLic - 2. Granica ciągu, granica funkcji. Ciągłość funkcji, własności funkcji ciągłych.

O funkcjach : mówimy również, że są określone na zbiorze o wartościach w zbiorze.

Definicja odwzorowania ciągłego i niektóre przykłady

II. Funkcje. Pojęcia podstawowe. 1. Podstawowe definicje i fakty.

Funkcje: wielomianowa, wykładnicza, logarytmiczna wykład 2

Wykład 8. Informatyka Stosowana. 26 listopada 2018 Magdalena Alama-Bućko. Informatyka Stosowana Wykład , M.A-B 1 / 31

6. FUNKCJE. f: X Y, y = f(x).

Pochodne funkcji wraz z zastosowaniami - teoria

6. Granica funkcji. Funkcje ciągłe.

Ciągi. Granica ciągu i granica funkcji.

Znaleźć wzór ogólny i zbadać istnienie granicy ciągu określonego rekurencyjnie:

Ciąg monotoniczny. Autorzy: Katarzyna Korbel

Matematyka. Justyna Winnicka. Na podstawie podręcznika Matematyka. e-book M. Dędys, S. Dorosiewicza, M. Ekes, J. Kłopotowskiego.

Granica funkcji. 16 grudnia Wykład 5

4. Granica i ciągłość funkcji

11. Pochodna funkcji

Ciągłość funkcji jednej zmiennej rzeczywistej. Autorzy: Anna Barbaszewska-Wiśniowska

Pojęcie szeregu nieskończonego:zastosowania do rachunku prawdopodobieństwa wykład 1

Funkcje: wielomianowa, wykładnicza, logarytmiczna wykład 3

Logarytmy. Funkcje logarytmiczna i wykładnicza. Równania i nierówności wykładnicze i logarytmiczne.

Granica funkcji. 8 listopada Wykład 4

Podstawy analizy matematycznej II

Granica funkcji. 27 grudnia Granica funkcji

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA III ZAKRES ROZSZERZONY (90 godz.) , x

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Konstrukcja liczb rzeczywistych przy pomocy ciągów Cauchy ego liczb wymiernych

III. Funkcje rzeczywiste

Zajęcia nr. 3 notatki

Granice funkcji-pojęcie pochodnej

Rozdział 5. Szeregi liczbowe. 5.1 Szeregi liczbowe. Definicja sumy częściowej ciągu. Niech dany będzie ciąg liczbowy (a n ) n=1.

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

7. CIĄGI. WYKŁAD 5. Przykłady :

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

5. Logarytmy: definicja oraz podstawowe własności algebraiczne.

Notatki z Analizy Matematycznej 3. Jacek M. Jędrzejewski

26 marzec, Łańcuchy Markowa z czasem ciągłym. Procesy Stochastyczne, wykład 7, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1136

VIII. Zastosowanie rachunku różniczkowego do badania funkcji. 1. Twierdzenia o wartości średniej. Monotoniczność funkcji.

Rachunek Różniczkowy

Ułamki łańcuchowe i liczby niewymierne. Ułamki łańcuchowe i liczby niewymierne

Ciagi liczbowe wykład 4

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

II. Wstęp: Funkcje elementarne - część 2

1 Funkcje elementarne

Informacja o przestrzeniach Sobolewa

Egzamin z Analizy Matematycznej I dla Informatyków, 28 I 2017 Część I

Wykład 7. Informatyka Stosowana. 21 listopada Informatyka Stosowana Wykład 7 21 listopada / 27

Elementy logiki matematycznej

Modelowanie wybranych pojęć matematycznych. semestr letni, 2016/2017 Wykład 10 Własności funkcji cd.

Granica funkcji wykład 4

Aproksymacja diofantyczna

Krzysztof Rykaczewski. Szeregi

Spis treści. 1 Macierze Macierze. Działania na macierzach Wyznacznik Macierz odwrotna Rząd macierzy...

Sylabus do programu kształcenia obowiązującego od roku akademickiego 2014/15

TO SĄ ZAGADNIENIA O CHARAKTERZE RACZEJ TEORETYCZNYM PRZYKŁADOWE ZADANIA MACIE PAŃSTWO W MATERIAŁACH ĆWICZENIOWYCH. CIĄGI

Ciągi liczbowe. Zbigniew Koza. Wydział Fizyki i Astronomii

19 marzec, Łańcuchy Markowa z czasem dyskretnym. Procesy Stochastyczne, wykład 6, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1136

FUNKCJE LICZBOWE. Na zbiorze X określona jest funkcja f : X Y gdy dowolnemu punktowi x X przyporządkowany jest punkt f(x) Y.

Liczba godzin. Uczeń: wykres ciągu. K P 1 wyraz ciągu. wyznacza kolejne wyrazy ciągu, gdy danych jest kilka jego. początkowych wyrazów K P

Wykład z Podstaw matematyki dla studentów Inżynierii Środowiska. Wykład 3. ANALIZA FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ

jest ciągiem elementów z przestrzeni B(R, R)

FUNKCJE. Rozwiązywanie zadań Ćw. 1-3 a) b) str Ćw. 5 i 6 str. 141 dodatkowo podaj przeciwdziedzinę.

Wykład 4 Przebieg zmienności funkcji. Badanie dziedziny oraz wyznaczanie granic funkcji poznaliśmy na poprzednich wykładach.

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

F t+ := s>t. F s = F t.

Funkcje - monotoniczność, różnowartościowość, funkcje parzyste, nieparzyste, okresowe. Funkcja liniowa.

MATEMATYKA I SEMESTR WSPIZ (PwZ) 1. Ciągi liczbowe

Funkcja f jest ograniczona, jeśli jest ona ograniczona z

Roksana Gałecka Okreslenie pochodnej funkcji, podstawowe własnosci funkcji różniczkowalnych

SZEREGI LICZBOWE I FUNKCYJNE

Czym jest ciąg? a 1, a 2, lub. (a n ), n = 1,2,

LOGIKA I TEORIA ZBIORÓW

Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /10

Funkcje rzeczywiste jednej. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

Transkrypt:

Funkcje i ich granice Było: Zbiór argumentów; zbiór wartości; monotoniczność; funkcja odwrotna; funkcja liniowa; kwadratowa; wielomiany; funkcje wymierne; funkcje trygonometryczne i ich odwrotności; funkcja wykładnicza i logarytmiczna. Funkcja wykładnicza kilka dopowiedzeń Wartość funkcji wykładniczej dla argumentów niewymiernych Mówiąc o funkcji wykładniczej, wykładowca prześlizgnął się nad problemem definicji tejże dla niewymiernych (było konsekwentnie powiedziane jedynie, jak się liczy wartość dla ). Teraz będzie o tym dopowiedzenie. "Szkolny" sposób wprowadzenia potęgi dla niewymiernych polegał zazwyczaj na zdefiniowaniu jako granicy, gdzie był jakimś ciągiem monotonicznym liczb wymiernych zbieżnym do (np. ciągiem przybliżeń dziesiętnych ). W wykładzie szkolnym zazwyczaj nie dowodziło się istnienia granicy tego ciągu, poprzestając na argumentach intuicyjnych. Uzbrojeni w twierdzenia o granicach ciągów, możemy łatwo pokazać istnienie granicy : Otóż jeśli jest ciągiem monotonicznym, to taki jest też ciąg ; jest to ponadto ciąg ograniczony, więc zbieżny. Funkcja wykładnicza o podstawie Okazuje się dogodne (z przyczyn, które staną się jasne niedługo) wziąć w definicji funkcji wykładniczej. Funkcja odwrotna do, tzn., nazywa się logarytmem naturalnym [1]. Granica funkcji w punkcie Definicja Heinego Liczbę nazywamy granicą funkcji w punkcie (co oznaczamy: każdego ciągu { } zbieżnego do i o wyrazach różnych od zachodzi równość: ) jeżeli dla Przykład. Weźmy bowiem dowolny ciąg { } zbieżny do zera; mamy:

Przykład Rozważmy funkcję, definiowaną jako: Funkcja sgn nie posiada granicy w punkcie. Weźmy bowiem: ; mamy oraz. Weźmy teraz drugi ciąg ; mamy oraz, tak więc nie istnieje. Można jednak mówić tu o granicy jednostronnej w punkcie. Granica jednostronna Liczbę nazywamy granicą lewostronną (prawostronną) funkcji w punkcie, jeśli warunki: symbolami: i (odpowiednio ) implikują. Sytuacje te oznaczamy granica lewostronna i granica prawostronna. W ten sposób, mamy Przykład (c.d.) Symbolu używamy również na oznaczenie granicy niewłaściwej: Przykład Mamy: ; natomiast Przykład nie istnieje; natomiast:

Przykład Podobnie: nie istnieje; natomiast: Funkcje bez jednostronnych granic Istnieją jednak funkcje, które nie posiadają nawet jednostronnych granic (właściwych, ani niewłaściwych). Należy do nich np. funkcja: W punkcie nie posiada ona jednostronnej granicy (ani lewo-, ani prawostronnej). Aby pokazać nieistnienie granicy prawostronnej, weźmy dwa ciągi, o wyrazach dodatnich: Mamy,. Oba ciągi są zbieżne do zera. i podobnie Widzimy, że nie istnieje granica prawostronna w zerze (podobnie przekonujemy się, że nie istnieje też granica lewostronna). Prócz granicy funkcji dla skończonego, rozważamy też granicę w nieskończoności. Granica w nieskończoności Mówimy, że granicą funkcji w nieskończoności jest liczba (ozn. ), jeżeli dla każdego ciągu { } takiego, że zachodzi:. Przykład Mamy:

Przykład Funkcje trygonometryczne: nie posiadają granic w. Działania na granicach Twierdzenie Przy założeniu, że granice i istnieją i są skończone, zachodzą wzory: Wzory te pozostają też prawdziwe, jeśli jest, jak też są prawdziwe dla granic jednostronnych. Dowód Dowody są takie same jak dla granic ciągów z poprzedniego rozdziału. Analogony twierdzeń z rozdziału o granicach ciągów Mamy też analogony innych twierdzeń dla granic ciągów: Twierdzenie Jeśli granice i istnieją, to nierówność implikuje nierówności wraz z równością implikują Jak poprzednio, wzory te są też prawdziwe dla oraz dla granic jednostronnych. Dowód Dowody są analogiczne jak w przypadu granic ciągów. CBDO

Kilka warunków dostatecznych istnienia granicy Najsampierw przenieśmy definicję ciągu ograniczonego na funkcje: Ograniczenie funkcji Mówimy, że funkcja jest ograniczona z góry (dołu), jeżeli istnieje taka stała, że dla każdego z dziedziny zachodzi: (odpowiednio ). Wśród różnych analogonów na istnienie granic ciągów i funkcji, mamy następujący odpowiednik twierdzenia o zbieżności ciągów monotonicznych ograniczonych: Twierdzenie Jeśli funkcja jest niemalejąca i ograniczona z góry, to istnieje granica dla dowolnego. Uwaga Niezbędne jest tu założenie o monotoniczności funkcji. Dla funkcji niemonotonicznych twierdzenie to nie zachodzi przypomnijmy sobie przykład funkcji. Dowód Ciąg jest rosnący, a stąd ciąg jest niemalejący; a ponieważ jest też ograniczony, to jest zbieżny. Niech Pozostaje pokazać, że przy narzuceniu warunków: oraz zachodzi Weźmy jakieś. Istnieje wówczas takie, że. Mając to bierzemy takie, żeby dla zachodziła nierówność. Stąd skąd

Jednocześnie: Ponieważ, to dla każdego istnieje takie, że. Mamy stąd Z obu nierówności: (1) i (2) mamy: CBDO Twierdzenie dla funkcji nierosnących lub niemalejących i oraniczonych W analogiczny sposób dowodzi się twierdzeń dla funkcji nierosnących oraz dla granic prawostronnych. Można to podsumować jako Tw.Jeśli funkcja jest nierosnąca lub niemalejąca i ograniczona, to granice istnieją w każdym punkcie. Dla, istnieje granica. CBDO Zachodzi też twierdzenie w pewnym sensie odwrotne: Twierdzenie XX Jeśli funkcja nie posiada granicy skończonej w punkcie, to istnieje ciąg { } taki, że, oraz ciąg jest rozbieżny. Bez dowodu. Definicja Cauchy'ego Prócz definicji Heinego, jest jeszcze jedna, inna ale równoważna, i równie ważna, definicja Cauchy'ego. Def. Mówimy, że funkcja posiada w punkcie granicę, jeżeli A oto obiecana równoważność: Twierdzenie XXX Obie definicje granicy funkcji w punkcie: Cauchy'ego i Heinego są równoważne. [2]

Dowód Przypuśćmy najsampierw, że warunek Cauchy'ego nie jest spełniony, tzn. W szczególności, biorąc, wnioskujemy, że istnieje ciąg { } taki, że oraz Warunek (3) mówi, że oraz. Gdyby więc przypuścić, że, to musiałaby być spełniona równość ; ale ta równość jest sprzeczna z (4). Pokazaliśmy w ten sposób, że warunek Cauchy'ego jest konieczny, aby funkcja posiadała granicę w myśl definicji Heinego. Teraz pokażemy, że jest on również warunkiem wystarczającym. Niech będzie dane i niech oraz. Ponieważ z założenia warunek Cauchy'ego jest spełniony, to istnieje takie, że nierówność: implikuje. Ponieważ spełniona jest równość, to nierówność zachodzi dla wszystkich dostatecznie dużych (tzn. począwszy od pewnego ). Dla tych mamy więc nierówność Twierdzenie XXXX, a to znaczy, że czyli. W teorii ciągów mieliśmy warunek Cauchy'ego dla ciągów, którego spełnienie gwarantowało zbieżność ciągu. Przy granicy funkcji mamy analogiczne twierdzenie. Tw.XXXX Warunkiem koniecznym i dostatecznym na istnienie (skończonej) granicy funkcji punkcie jest, aby dla dowolnego istniało takie, że dla spełniających: w zachodzi:. Dowód Pokażemy najsampierw konieczność tego warunku. Jeśli, to dla dowolnego zadanego

istnieje takie, że warunek: implikuje. Jeśli więc warunki (5) są spełnione, to zachodzą nierówności: i po dodaniu tychże pod znakiem wartości bezwzględnej otrzymujemy. Jeśli chodzi o dostateczność warunku, to przypuśćmy, że granica funkcji w punkcie nie istnieje, mimo iż są spełnione założenia tw. XXXX. Istnieje wówczas na mocy tw. XX taki ciąg { }, że, oraz że ciąg jest rozbieżny. Z równości wynika, że istnieje takie, że dla można w nierównościach (5) podstawić i. To implikuje, że. Z twierdzenia Cauchy'ego dla ciągów wnioskujemy stąd, że ciąg jest zbieżny wbrew naszemu przypuszczeniu. CBDO Twierdzenie XXX' Powyższe twierdzenia XXX i XXXX dają się rozszerzyć na przypadek następująco:. Brzmią one wtedy Tw.XXX'. Warunkiem koniecznym i dostatecznym na to, aby zachodziła równość aby jest, Twierdzenie XXXX' Tw.XXXX'. Warunkiem koniecznym i dostatecznym na to, aby istniała granica (skończona), jest, aby Dowody twierdzeń XXX' i XXXX' Dow. Dowody są analogiczne jak twierdzeń XXX i XXXX. CBDO 1. Wprowadzono je w XVII w., a pierwsi zrobili to Napier i Bernoulli. 2. tzn. jeśli funkcja w jakimś punkcie ma granicę w myśl def. Cauchy'ego, to ma ją też zgodnie z def. Heinego i na odwrót; a jeśli nie ma w myśl def. Cauchy'ego to nie ma też z def. Heinego i na odwrót.