Предел функции в точке
Определение: Последовательностью называется функция натурального аргумента , , ,…, ,…, ,… . Причем если , то следует за , независимо от того, больше он его или меньше.
Последовательность чисел называется сходящейся к числу , если для любого положительного, сколь угодно малого числа (эпсилон) найдется такой номер , что для всех номеров будет выполняться неравенство . Пишут .
Геометрический смысл предела последовательности состоит в том, что за пределами – окрестности точки находится лишь конечное число членов последовательности , а внутри этой окрестности находится бесконечное множество членов последовательности и при число будет сгустком точек, соответствующих членам последовательности.
Определение: Число называется пределом функции в точке , если для любого сколь угодно малого положительного числа найдется положительное число (дельта), что для всех , удовлетворяющих неравенству , выполнится неравенство .
Пишут .
Теоремы о пределах функций: если существует и , то
1) ;
2) ;
3) ;
4) при .
При вычислении пределов используются два замечательных предела:
1) (первый замечательный предел);
2) (второй замечательный предел).
Определение: Функция называется бесконечно малой в точке , если .
Определение: Функция называется бесконечно большой в точке , если .
Теорема: Если – бесконечно большая функция, то – бесконечно малая функция. Если – бесконечно малая и – бесконечно малая функция в точке и , то и эквивалентны. Пишут ~ .
Примеры. Найти пределы функций, не пользуясь правилом Лопиталя:
а) . Разделим числитель и знаменатель на высшую степень х, т. е. на , ;
б) . Выделим в знаменателе дроби критический множитель : ;
в) ;
г)
= .
Определение: Функция называется непрерывной в точке , если существует предел функции в точке , равный значению функции в точке , т. е. .
Иными словами, функция непрерывна в точке , если выполняются равенства:
(*)
Односторонние пределы функции в точке равны значению функции в точке .
Определение: Точка называется точкой разрыва первого рода, если существуют конечные, но неравные односторонние пределы функции в точке . Разность между правым и левым пределами называется скачком.
Определение: Точка называется точкой разрыва второго рода, если хотя бы один из односторонних пределов равен или не существует.
Определение: Точка называется точкой разрыва устранимого, если существует предел функции в этой точке, не равный значению функции в точке .
Пример. Исследовать функцию на непрерывность и построить график:
.
Решение: Функция является непрерывной на каждом из промежутков, поэтому подозрительными на разрыв являются точки и . Исследуем каждую точку.
1) . Найдем левосторонний и правосторонний пределы функции при
,
значение функции в точке равно: . Следовательно, в точке функция является непрерывной, так как .
2)
.
Так как односторонние пределы конечны, но не равны, то точка является точкой разрыва первого рода.
Скачок равен .
Определение: Пусть функция задана на некотором множестве . Зафиксируем значение аргумента и придадим ему приращение , не выводящее значение аргумента за пределы множества , т. е. . Тогда соответствующее приращение получит и сама функция, которое равно разности нового и старого значений функции: . Если существует конечный предел отношения приращения функции к приращению аргумента при , то он называется производной функции в точке . Пишут , или . (6)
Если существует во всех точках множества , то является функцией от .
Таблица производных основных элементарных функций
Если является дифференцируемой, то выполняются равенства:
1. где
2. где
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17. .
Основные правила дифференцирования:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7. Если и , т. е. , то , где и и φ – дифференцируемы.
8. Если для функции существует обратная дифференцируемая функция , то .
Задача. Найти производную функции
1) ;
2) ;
3) ;
4) .
Решение:
1)
поэтому по формуле (8) (см. таблицу производных)
.
2)
3)
.
4)
Определение: Производной второго порядка функции называется производная от первой производной, т. е. . Обозначают .
Определение: Производной n-го порядка функции называют производную от производной (n – 1)-го порядка данной функции. Обозначают .