Границя функції. Означення границі функції за Гейне й за Коші

Нехай функція визначена на множині і точка є граничною точкою множини . Виберемо із послідовність точок, відмінних від : збіжну до . Значення функції в точках цієї послідовності також утворюють числову послідовність .

Означення границі функції за Гейне. Число називається границею функції у точці ( або при ), якщо для будь-якої збіжної до послідовності значень аргументу , відмінних від , відповідна послідовність значень функції збігається до числа .

Символічно це записують так: .

Означення границі функції за Коші. Нехай функція визначена в деякому околі точки , крім, можливо, самої точки . Число називається границею функції у точці , якщо для довільного числа існує число таке, що нерівність виконується для всіх , що задовольняють умову .

Означення границі функції за Гейне і за Коші еквівалентні.

Дійсно, нехай згідно з Гейне. Покажемо, що в цьому випадку для довільного числа існує число таке, що нерівність виконується для всіх , що задовольняють умову , тобто що згідно з означенням Коші.

Припустимо протилежне. Нехай існує таке, що для довільного існує точка , для якої з умови випливає нерівність . Розглянемо послідовність , де . Виберемо точки такі, що

(1)

і

. (2)

Оскільки , то , але за нерівністю (2) , що суперечить умові, тобто що згідно з Гейне.

Нехай тепер згідно з Коші. Покажемо, що і згідно з Гейне.

Отже, нехай для будь-якого існує число таке, що із нерівності випливає нерівність . Виберемо довільну послідовність точок збіжну до . Тоді для значення , відповідного , знайдеться такий номер , що для всіх виконуватимуться нерівності і разом із тим . Оскільки вибір був довільним, то це означає, що для довільної послідовності із умови випливає умова , тобто що за Гейне.

Еквівалентність означень границі функції за Гейне і за Коші дає можливість використовувати будь-яке із них залежно від того, яке є більш зручним для розв'язування тієї чи іншої задачі.

Односторонні границі

Число називається границею функції у точці справа (зліва), якщо для будь-якої збіжної до послідовності , елементи якої більші (менші) , відповідна послідовність збігається до числа .

Символічно це записують так:

.

Можна дати рівносильне означення односторонніх границь функції "в термінах ".

Число називається границею функції у точці справа (зліва), якщо для довільного числа існує таке , що для всіх , які задовольняють умову , виконується нерівність .

Теорема.Функція має в точці границю тоді й тільки тоді, коли в цій точці існує як права, так і ліва границя та ці границі рівні між собою. У цьому випадку границя функції дорівнює одностороннім границям.

Доведення. Нехай у точці існують односторонні границі функції і . Тоді, згідно з означенням односторонніх границь, для будь-якого існують числа , такі, що для всіх , які задовольняють умову , і для всіх , котрі задовольняють умову , виконується нерівність . Виберемо . Тоді для всіх , що задовольняють умову , виконуватиметься нерівність . Тобто . З іншого боку, якщо , то в точці існують односторонні границі й .