matan2 (Лекции (1-18) по мат. анализу 1 семестр)
Описание файла
Документ из архива "Лекции (1-18) по мат. анализу 1 семестр", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "математика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "математика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "matan2"
Текст из документа "matan2"
Л
По всем вопросам и по дальнейшему пополнению лекций обращаться на ящик
van_mo_mail@mtu-net.ru или на сотовый:
8-901-7271056 спросить Ваню
екция №5Ведущая: Голубева Зоя Николаевна
Дата: вторник, 25 сентября 2000 г.
Тема: Бесконечно большие последовательности
Теорема:
lim(1-1/n)n=1/e e=2,7183
n+
0an=1-1/n1 nN, то есть an=(1-1/n)n- ограниченна.
n+1an=n+1(1-1/n)n1=n+1(1-1/n)(1-1/n)…(1-1/n)1<[1+(1-1/n)+…+(1-1/n)]/n+1=(n+1-n1/n)/n+1=n/n+1=1-1/n+1
n+1(1-1/n)n<1-1/n+1
(1-1/n)n<(1-1/n+1)n+1
ann+1 nN последовательность возрастает и ограниченная.
(1-1/n)n – имеет конечный предел
lim(1-1/n)n=1/e
n+
Следствие
lim(1+1/n)n=e
n+
lim1/(1+1/n)n=(n/n+1)n=[1-1/(n+1)]n+1/ [1-1/(n+1)]=(1/e)/1=1/e
n+
lim[1/(1+1/n)n]=1/e
n+
lim(1+1/n)n=e
n+
Определение под последовательности
Пусть дана an зададим произвольный набор натуральных чисел таких, что
n1
an1,an2,…,ank,…
Полученная последовательность называется под последовательностью и сходной последовательности.
an=(-1)n
{an}={-1;1;-1;1….}
n1=2;n2=4,….,nk=2k
{ank}={1,1,1,1…}
Теорема
Пусть последовательность an сходится, тогда последовательности
lim an=a {ank} – гас и lim
n+
lim ank=0
n+
Доказательство так как an – сходиться, то ε>0 N: n>N an-a<ε
ank; nk>N то есть ank-a<ε
Пример
an=(-1)n – не имеет предела
{a2n}={1,…,1,…,}
{a2n-1}={-1,….,-1,…}
имели бы тот же самый предел.
Предел функции.
Определение
Пусть y=f(x) определена в O(x0). Мы говорим, что функция f(x) имеет предел в при хх0 если ε>0 >0
x:0<x-x0< f(x)-b<ε
lim f(x)=b
xx
Через окрестности это определение записывается следующим образом
ε>0 >0 x0(x0)f(x)0ε(b)
Если lim f(x)=0, то f(x) наз бесконечно малой при xx0.
xx
Замечание. Необходимо указать в каком именно процессе f(x) бесконечно малое. Надо указать к какому числу а.
f(x)=x-1
1.x1 lim(x-1)=0, то есть y=x-1 бесконечно малое при x1
x1
2 .x2 lim(x-1)=1, то есть y=x-1 не является бесконечно малой при x2
x1
Пример
f(x)=2x+1 x1
Докажем lim(2x+1)=3
x1
ε>0 >0 x:0<x-1< (2x+1)-3<ε
(2x+1)-3<ε
|x-1<ε/2
x1
Положим =ε/2
Теорема о бесконечно малом
1)(x);(x) – бесконечно малое xx0 (x)+(x) – бесконечно малое при xx0
2)(x);(x) – бесконечно малое при xx0
3)Если f(x) – ограниченна в O(x0) и (x) – бесконечно малое при xx0, то f(x);(x) – бесконечно малое при xx0
Доказательство (3)
Так как f(x) – ограниченна в O(x0), то С>0: xO(x0)|f(x)C;
Так как (x) – бесконечно малое при хх0, то ε>0 >0 x: 0<x-x0< (x)<ε ε1>0
Положим ε=ε1/c
>0 x: 0<x-x0|< f(x)(x)=f(x)a(x)
xx
Лекция №6
Ведущая: Голубева Зоя Николаевна
Дата: среда, 26 сентября 2000 г.
Тема: Замечательные пределы
Теорема
f(x)>g(x) в O(x0) и lim (f(x))=b и lim (g(x))=c. Тогда bc
xx xx
Доказательство:
Рассмотрим функцию (x)=f(x)-g(x)>0 в O(x0) lim ((x))= lim (f(x)) - lim (g(x))= b-c и в силу предыдущей
xx xx xx
теоремы b-c0, то есть b0 что и требовалось доказать.
Теорема
f(x)(x)g(x) xO(x0) и lim (f(x))=b и lim (g (x))=b. lim ( (x))=b
xx xx xx
Доказательство:
f(x)=b+(x)
g(x)=b+(x)
где (x) и (x) – бесконечно малые при хх0
b+(x)(x)b+(x)
Так как (х) и (х) – бесконечно малые то ε>0 1>0: xO1(x0) (x)<ε
2>0: xO2(x0) (x)<ε
Положим =min{1;2}
Т огда xO(x0) (x)<ε
(x)<ε
-ε<(x)<ε
-ε<(x)<ε
b-ε
-ε<(x)-b<ε
(x)-b<ε xO(x0)
ε>0 =min{1;2} (x)-b<ε xO(x0) то есть lim ( (x))=b
xx
Первый замечательные пределы.
Терема lim (sin(x)/x)=1
x0
S∆OMN=1/2 sin(x)
SсекOMN=1/2(x)
S∆OKN=1/2 tg(x)
S∆OMNсекOMN< S∆OKN
1/2sin(x)<1/2(x) sin(x) 1 lim (1-cos(1/n))=0 n+ lim (1-cos(x))=0 lim (cos(x))=1 x0 x0 lim (x/sin(x))=0 x0 x>0 lim (x/sin(x))=1 x0 lim(1/(x/sin(x)))= lim(sin(x)/x)=1 что и требовалось доказать x0 x0 Определение бесконечного предела и пределов при х+. lim (f (x))=+ ε>0 >0: xO(x0)f(x)Oε(+) xx (x): 0<x-x0< (////////// x ε lim (f (x))=- ε>0 >0: xO(x0)f(x)Oε(-) xx (x): 0<x-x0< lim (f (x))= ε>0 >0: xO(x0)f(x)Oε() xx f(x)>ε lim (f (x))=b ε>0 ∆>0: xO∆(+)f(x)Oε(b) x+ x: x>∆ f(x)-b <ε lim (f (x))=b ε>0 ∆>0: xO∆(-)f(x)Oε(b) x- x: x<-∆ f(x)-b <ε f(x) определена в O+(x0) lim (f (x))=b ε>0 >0: xO+(x0)f(x)Oε(b) x0 xx+0 f(x) определена в O-(x0) lim (f (x))=b ε>0 >0: xO-(x0)f(x)Oε(b) x0- xx-0 Теорема Пусть f(x) определена в O(x0) Для того чтобы существо- вал предел lim(f(x))=b lim(f(x))=lim(f(x))=b xx xx+0 xx-0 Пусть lim(f(x))=b, то есть ε>0 >0: xO(x0)f(x)Oε(b) f(x)O(b) для xO+(x0) и для xO- xx xO-(x0) lim(f(x));lim(f(x))=b что и требовалось доказать. xx+0 xx-0 Второй замечательный предел. Теорема lim(1+1/x)x=e x+ Доказательство: Пусть n – целая часть х – n=[x] nx [1+1/(n+1)]n(1+1/x)x(1+1/n)n+1 Если x+, то n+ [1+1/(n+1)]n+11/[1+1/(n+1)](1+1/x)x(1+1/n)n(1+1/n) lim(1+1/x)x=e x+ Лекция №7 Ведущая: Голубева Зоя Николаевна Дата: вторник, 3 октября 2000 г. Тема: Сравнение бесконечно больших и бесконечно малых. Определение. Пусть (x) и (x) – бесконечно малые при хх0 () (x) ~ (x) при хх0 () если lim (x)/(x)=1 xx0 () (x) и (x) одинакового порядка при хх0 () если lim (x)/(x)=с0 xx0 () (x) бесконечно малое более высокого порядка малости чем (x) при хх0 () если lim (x)/(x)=0 xx0 () Определение. Пусть f(x) и g(x) – бесконечно большое при хх0 () 1) f(x) ~ g(x) при хх0 () если lim f(x)/g(x)=1 xx0 () 2)f (x) и g (x) бесконечно большие одинакового порядка роста, если при хх0 () если limf(x)/g(x)=с xx0 () < В частности, если с=1, то они эквивалентны f (x) бесконечно большое более низкого порядка роста чем g (x) или иначе g(x) бесконечно большое более высокого порядка роста чем g(x) при хх0 () если lim f (x)/g (x)=0 xx0 () Примеры: x при хх0 – бесконечно малое Сравним их lim sin(x)/x=1 sin(x)~x x0 при х0 1n(1+x) – бесконечно малое х при х0 – бесконечно малое Сравним их lim ln(1+x)/x= lim ln(1+x)1/x =1 x0 x0 ln(1+x) ~ x, при х0 x2 – бесконечно большие 2х2+1, при х+ – бесконечно большие Сравним lim x2/(2x2+1) = lim x2/x2(2+1/x2)=1/2 x+ x+ то есть функция является бесконечно большой и одинакового порядка. Замечание: если одну из функций одинакового порядка роста домножить на одинаковую const, то они станут эквивалентны. Определение: пусть (х)=о(х) – бесконечно малое при хх0(). То мы говорим, что (х) и (х) при хх0 (), если (х)=(х)(х), бесконечно малое при хх0 (). Другими словами - (х) – бесконечно малое более высокого порядка, чем (х) така как (х)/(х)=(х) – бесконечно малое, то есть lim (x)/(x)=0 x0 () пусть f(х)=оg(х) – бесконечно большое при хх0(). То мы говорим, что f(х) и g (х) при хх0 (), если f (х)=(х)g (х). Другими словами - f (х) – бесконечно большое более низкого порядка, чем g(х) так как f(х)/g (х)=(х) – бесконечно малое, то есть lim f (x)/g (x)=0 x0 () Шкала бесконечности. Степенные бесконечности. xn=o(xm), 0 Докажем: xn=xm(xn/xm)=xm(1/x(m-n))=xm(x) m-n>0 xm(x)o(xm) ах=о(bх), 1 Докажам ax=ax(bx/bx)=ax(a/b)x=bx(xo(bx) (0 l n(x)=o(x), >0. Логарифмическая бесконечность слабее любой степенной бесконечности. ln(x) lim ln(x)/x=lim [(ln(x)/(x/2x/2))((/2)/(/2))]= x0 x0 lim [(ln(x)/x/2)(2/(x/2)] x0 Произведение бесконечно малых на ограниченную равно бесконечно малой. lim (ln(x)/x)=0 (lim(x))/x=(x) ln=x(x)ox, x0 x+ Показательная и степенная. Xk=o(ax), k>0,a>1 x+ lim(xk)/(ax)=0 x+ Теорема: Пусть (x) ~ 1(x) при xx0 () (x) ~ 1(x) при xx0 () Тогда lim (x)/(x)=lim 1(x)/1(x) xx0 () xx0 () Доказательство: lim(x)/(x)=lim[(x)1(x)1(x)]/[1(x)1(x)(x)]=lim((x)/(x))lim(1(x)/(x))lim(1(x)/1(x))=lim 1(x)/1(x) что x0 x0 x0 x0 x0 x0 и требовалось доказать. Замечание: аналогичное утверждение справедливо для двух бесконечно больших. Пример: lim sin(x)/3x=limx/3x=1/3 x0 x0 Определение: (главного слагаемого) 1(x)+2(x)+…+n(x), при xx0 () Главным слагаемым в этой сумме называется то слагаемое по сравнению с которым остальные слагаемые являются бесконечно малыми более высокого порядка малости или бесконечно большие более низкого порядка роста. 1(x) – главное слагаемое, если 2(х)=о(1(х)),…,n(x)=o(1(x)) при xx0 () Конечная сумма бесконечно малых эквивалентна своему главному слагаемому: 1(x)+2(x)+…+n(x) ~ 1(x) , при xx0 () если 1(х) – главное слагаемое. Доказательство: lim [1(x)+2(x)+…+n(x)]/1(x)=lim[1(x)+1(x)(x)+…+1(x)(x)]/1(x)=lim[1(x)(1+1(x)+…+n(x))]/1(x)=1 xx0 () xx0 () xx0 () Пример: lim (ex+3x100+ln3x)/(2x+1000x3+10000=lim ex/2x=lim ex/(ex(x))=+ x+ x+ x+ 2x=o(ex)ex(x) Основные эквивалентности. ex-1 – бесконечно малое при х0. lim (ex-1)/x=1, то есть ex-1 ~ x при x0 x0 1-cosx – бесконечно малое при х0. lim (1-cos x)/(x2/2)=lim{2sin(2x/2)]/[x2/2]=lim [2(x/2)2]/[x2/2]=1, то есть 1-cos(x) ~ x2/2 при х0 и (1+x)p-1 ~ px при х0 Лекция №8 Ведущая: Голубева Зоя Николаевна Дата: вторник, 10 октября 2000 г. Тема: «Асимптотические формулы» Формулы содержащие символ о - называются асимптотические. 1) lim [sin(x)/x]=1 (по определению конечного предела sin(x)/x=1+(x), где (х) – бесконечно малое при х0 x0 sin(x)=x+(x)x, где (х) – бесконечно малое при х0 sin(x)=x+ox, при х0; sin(x)~x, при х0 2) lim [ln(1+x)/x]=1 (по определению конечного предела ln(1+x)/x=1+(x), где (х) – бесконечно малое при x0 х0 ln(1+x)=x+(x)x, где (х) – бесконечно малое при х0 ln(1+x)=x+ox, при х0; ln(1+x)~x, при х0 3) lim [(ex-1)/x]=1 (по определению конечного предела (ex-1)/x=1+(x), где (х) – бесконечно малое при х0 x0 (ex-1)=x+(x)x, где (х) – бесконечно малое при х0 (ex-1)=x+ox, при х0; (ex-1)~x, при х0; ex=1+x+o(x), при x0 4) lim [(1-cos(x)/(x2/2)]=1 (по определению конечного предела (1-cos(x)/(x2/2)=1+(x), где (х) – бесконечно x0 малое при х0 1-cos(x)=(x2/2)+(x)x2/2, где (х) – бесконечно малое при х0 1- cos(x)=(x2/2)+ox2; при х0; 1- cos(x)~x2/2, при х0; cos=1-x2/2+o(x2), при x0 1) lim [((1+x)p-1)/px]=1 (по определению конечного предела ((1+x)p-1)/px =1+(x), где (х) – бесконечно x0 малое при х0 (1+x)p-1=px +(x)-p, где (х) – бесконечно малое при х0 (1+x)p-1=px+ox, при х0; (1+x)p-1~px, при х0;(1+x)p=1+p(x)+o(x), при x0 Если f(x)~g(x), при хх0 (), то lim[f(x)/g(x)]=1 f(x)/g(x)=1+(x), где (х)–бесконечно малое при хх0 () хх0 () f(x)=g(x)+(x)g(x) f(x)=g(x)+og(x) при хх0 () Замечание: не всякие бесконечно малые, бесконечно большие можно сравнить. Пример: (x)=xsin(1/x), при х0 (х)=ф=х, при х0 (x)/(x)=sin(1/x) lim[(x)/(x)]=lim[sin(1/x)] – который в свою очередь не существует. x0 x0 Эти бесконечно малые несравнимы. Для удобства формул полагают по определению, что о(1)=(х), при хх0 () а01 n!=123….n o! Определение: Пусть y=f(x) определена в О(х0) и lim f(x)=f(x0): y=f(x) при хх0 называется непрерывной в хх точке х0 (то есть ε>0 >0: xO(x0) f(x)Oε(f(x0)) Непосредственно из определения предела следуют следуемые теоремы о непрерывных функциях. Теорема: Пусть f(x), g(x) – непрерывны в точки х0, тогда f(x)+g(x) – непрерывна в точки х0 Доказательство:1) f(x), g(x) определена в О(х0) f(x)+g(x) определена в О(х0) 2) lim (f(x)+g(x))=limf(x)+limg(x)=f(x)+g(x) что и требовалось доказать хх хх хх Теорема: Пусть f(x), g(x) – непрерывны в точки х0, тогда f(x)g(x) – непрерывна в точки х0 Доказательство:1) f(x), g(x) определена в О(х0) f(x)g(x) определена в О(х0) 2) lim (f(x)g(x))=limf(x)limg(x)=f(x)g(x) что и требовалось доказать хх хх хх Теорема: Пусть f(x), g(x) – непрерывны в точки х0, тогда f(x)/g(x) – непрерывна в точки х0 Доказательство:1) f(x), g(x) определена в О(х0) f(x)/g(x) определена в О(х0) 2) lim (f(x)/g(x))=limf(x)/limg(x)=f(x)/g(x) что и требовалось доказать хх хх хх Теорема(об ограниченности непрерывной функции в окрестности точки). Пусть y=f(x) непрерывна в точки х0, тогда она ограниченна в некоторой окрестность этой точки. Доказательство: limf(x)=f(x0), то есть ε>0 >0 x: x-x0< f(x)-f(x0)<ε . Предполагается, что выбрано так, что f(x) определена в соответствующих точках. О(х0)О(х0). Так как это справедливо для любого ε>0, то возьмем ε=1 >0 -1 xO(x0)O(x0) Теорема:(о непрерывности сложной функции) Пусть y=f(x) непрерывна в точки х0, а z=g(y) непрерывна в точки y0=f(x0), тогда сложная функция имеет вид z=g(f(x0)) – непрерывна в точки х0. Доказательство: Зададим ε>0 в силу непрерывности z=g(y) в точки у0 б>0x: y-y0|<б g(y)-g(x0)<ε По найденному б>0 в силу непрерывности функции f(x) в точки х0 >0 x: x-x0< f(x)-f(x0)<б ε>0 >0 x:x-x0< y-y0<б g(y)-g(y0)<ε g(f(x))-g(f(x0)) то есть lim g(f(x))=g(f(x0)) xx Замечание: можно переходить к пределу под знаком непрерывной функции limf(x)=limg(y) limf(x)=f(x0)=y0 xx xx xx Непрерывность некоторых функций. 1) y=c (постоянная) непрерывна в х0 R lim c=c. Зададим ε>0 рассмотрим разность f(x)-f(x0)=c-c=0<ε xx x: x-x0< (>0)! 2) y=x непрерывна в x0R, то есть lim x=x0. Зададим ε>0 рассмотрим разность f(x)-f(x0)=x-x0<ε xx x: x-x0< (>0)! =ε! Следствие. Многочлен p(x)=anxn+ an-1xn-1+…+a1x+a0 (an,an-1…a1,a0 – зададим число) n=0,1,2,3…. непрерывен в любой точки х0 оси как сумма произведения непрерывной функции. Рациональная функция: R(x)=p(x)/q(x). Частная двух многочленов непрерывна в любой точки х0 в которой q(x)0 Лекция №9 Ведущая: Голубева Зоя Николаевна Дата: среда, 11 октября 2000 г. Тема: «Точки разрыва» 1) Доказать, что lim [((1+x)p-1)/px]=1 x0 y=(1+x)p-1 lim [((1+x)p-1)/px]= x0 y0 =lim ([ln(1+x)]/x)([(1+x)p-1]/[pln(1+x)]=lim ([ln(1+x)]/x) x0 (1+x)p=y+1 x0 x0 p[ln(1+x)]=ln(y+1) lim([(1+x)p-1]/[pln(1+x)]=lim y/[ln(y+1)]=1 что и требовалось доказать (1+x)p-1~px при x0 x0 y0 (1+x)p=1+px+o(x) при х0 2) Доказать, что lim (ex-1)/x=1 x0 y=ex-1 lim (ex-1)/x= x0 y0 =lim y/[ln(y+1)]=1 что и требовалось доказать x0 ex=y+1 y0 x=ln(y+1) ex-1~x при x0 ex=1+x+o(x) при х0 Определение: Пусть y=f(x) определена в О(х0), а в самой точке х0 может быть как и определена, так и неопределенна. 1) Точка х0 называется точкой разрыва 1ого рода функции, если а) Существует lim f(x)’=lim f(x)’’ , но либо функция неопределенна в точки х0 либо f(x0)b. Тогда точка х0 xx+0 xx-0 точка устранимого разрыва. 1,x=1 Y=(x-1)/(x-1)= Не , x=1 б) f(x)=cb Можно доопределить или переопределить в точке х0, так что она станет непрерывной. lim f(x)=b; lim f(x)=c, но bc xx+0 xx-0 Может быть и определена f(x0)=b Или f(x0)=d 2 )Точка х0 называется точкой разрыва 2ого рода функции если она не является точкой разрыва 1ого порядка, то есть если хотя бы один из односторонних пределов не существует или равен бесконечности. y=sin(1/x) Основные теоремы о непрерывных функциях. Теорема: Все основные элементы функции непрерывны в любой точки своей области определения. Определение: (функции непрерывной на отрезке) y=f(x) – называется непрерывной на отрезке [a,b], если она непрерывна в любой точке х(a,b). В точке х=а функция непрерывна справа, то есть lim f(x)=f(a), а в точке х=b функция непрерывна слева lim f(x)=f(b). xx+0 xx-0 Функция непрерывна на множестве D если она непрерывна в этой точке. Теорема: (о сохранение знака непрерывной функции) Пусть y=f(x) непрерывна в точке х0 и f(x0)>0 (f(x0)<0), тогда f(x)>0 f(x)<0 непрерывна в некоторой точки О(х0) Доказательство: lim f(x)=f(x0) ε>0 >0 x: x-x0< f(x)-f(x0)|<ε. xx Пусть f(x0)>0, выберем ε=f(x0) f(x)-f(x0) -f(x0) Теорема Коши: ( о нуле непрерывной функции) Пусть f(x) непрерывна на [a,b] и на концах его принимает значение разных знаков f(a) f(b) <0, тогда x0(a,b): f(x0)=0 Доказательство: f(b)>0 f(a)<0 Разделим отрезок [a,b] пополам. Если в середине отрезка f(x)=0, то всё доказано, если нет, то выберем ту половину отрезка, на концах которой функция принимает значение разных знаков. Выбранной отрезок поделим пополам. Если в середине нового отрезка f(x)=0, то всё доказано, если нет, то выберем ту половину от той половины, на концах которой функция принимает значение разных знаков и т.д. [a,b][a1,b1][a2,b2] Последовательность левых концов удовлетворяет отношению a12<…n<… bb1b2…bn…>a { an}-ограниченная не убывающая lim an=b f(a)<0 f(an)<0 n x+ [anbn]=(b-a)/2n 0 при n {bn}-ограниченная не возрастающая lim bn= f(b)>0 f(bn)>0 n x+ В силу непрерывности функции lim f(an)=f (lim bn)=f()0 lim (bn-an)=-= lim (b-a)/2n=0= x+ x+ x+ x+ f()0 f()=0 x0= f()=f()0 Условие непрерывности функции нельзя отбросить: f(b)>0; f(a)<0 Теоремы Вейштрасса. 1) Теорема: Пусть функция y=f(x) непрерывна на отрезке [a,b]. Тогда она ограниченна на нём. Замечание: а) Условие непрерывности нельзя отбросить Неограниченна сверху неограниченна б) Нельзя заменить отрезок на интервал или полуинтервал. Непрерывна на (0;1] 2) Теорема: Пусть функция y=f(x) непрерывна на отрезке [a,b]. Среди её значений есть наибольшее и наименьшее. Замечание: а) Множество [0;1] наибольшее значение 1М наименьшее значение 0 М б) Множество (0;1]=М наибольшее значение 1М нет наименьшего в) Множество [0;1)=M нет наибольшего наименьшее значение 0 М г) Множество (0;1)=М нет ни того не другого. Условие отрезка нельзя заменить на интервал или полуинтервал. x(0;1] непрерывна на (0;1] нет наибольшего значенияОпределение
Определение
Показательные бесконечности.
Логарифмическая бесконечность
Классификация точек разрыва функции.