0.1 Úvod do matematické analýzy

Podobné dokumenty
Matematika (KMI/PMATE)

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

Funkce. Limita a spojitost

Limita posloupnosti, limita funkce, spojitost. May 26, 2018

1 LIMITA FUNKCE Definice funkce. Pravidlo f, které každému x z množiny D přiřazuje právě jedno y z množiny H se nazývá funkce proměnné x.

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Spojitost a limita funkce

0.1 Úvod do matematické analýzy

verze 1.3 kde ρ(, ) je vzdálenost dvou bodů v R r. Redukovaným ε-ovým okolím nazveme ε-ové okolí bodu x 0 mimo tohoto bodu, tedy množinu

Limita a spojitost funkce

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

7.1 Extrémy a monotonie

Matematika (KMI/PMATE)

Limita a spojitost LDF MENDELU

0.1 Funkce a její vlastnosti

Matematika I (KMI/PMATE)

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

( + ) ( ) f x x f x. x bude zmenšovat nekonečně přesný. = derivace funkce f v bodě x. nazýváme ji derivací funkce f v bodě x. - náš základní zápis

Limita a spojitost funkce a zobrazení jedné reálné proměnné

2. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

VII. Limita a spojitost funkce

9. Limita a spojitost

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

Posloupnosti a jejich limity

i=1 Přímka a úsečka. Body, které leží na přímce procházející body a a b můžeme zapsat pomocí parametrické rovnice

Přednáška 3: Limita a spojitost

Limita a spojitost funkce

Limita a spojitost funkce. 3.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P3.1]

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Vybrané kapitoly z matematiky

LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Matematická analýza pro informatiky I. Spojitost funkce

LIMITA FUNKCE, SPOJITOST FUNKCE

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

Nejčastějšími funkcemi, s kterými se setkáváme v matematice i v jejích aplikacích, jsou

Matematická analýza III.

Asymptoty funkce. 5,8 5,98 5,998 5,9998 nelze 6,0002 6,002 6,02 6, nelze

2.6. Limita funkce. Nechť c R jevnitřnínebokrajníbodintervaludefiničníhooborufunkce

Funkce základní pojmy a vlastnosti

V této kapitole si zobecníme dříve probraný pojem limita posloupnosti pro libovolné funkce.

5. Limita funkce a spojitost strana 1/5 2018/KMA/MA1/přednášky. Definice 5.1. Mějme funkci f : D R a bod x 0 R.

3. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Základy matematické analýzy

Bakalářská matematika I

Matematická analýza pro informatiky I.

Derivace funkce Otázky

Pojem limity funkce charakterizuje chování funkce v blízkém okolí libovolného bodu, tedy i těch bodů, ve kterých funkce není definovaná. platí. < ε.

Derivace funkce DERIVACE A SPOJITOST DERIVACE A KONSTRUKCE FUNKCÍ. Aritmetické operace

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

Monotonie a lokální extrémy. Konvexnost, konkávnost a inflexní body. 266 I. Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

Kapitola 1: Reálné funkce 1/20

Spojitost funkce. Spojitost je nejdůležitější obecná vlastnost funkcí. Umožňuje aproximace různých řešení.

Limita ve vlastním bodě

Funkce, elementární funkce.

DIFERENCIÁLNÍ POČET SPOJITOST FUNKCE,

Označení derivace čárkami, resp. římskými číslicemi, volíme při nižším řádu derivace, jinak užíváme horní index v závorce f (5), f (6),... x c g (x).

Použití derivací L HOSPITALOVO PRAVIDLO POČÍTÁNÍ LIMIT. Monotónie. Konvexita. V této části budou uvedena některá použití derivací.

(FAPPZ) Petr Gurka aktualizováno 12. října Přehled některých elementárních funkcí

9. Limita a spojitost funkce

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

MATEMATIKA. Robert Mařík Ústav matematiky, LDF, MZLU 5. patro, budova B marik@mendelu.cz user.mendelu.cz/marik

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

Základy matematiky pro FEK

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Euklidovský prostor. Funkce dvou proměnných: základní pojmy, limita a spojitost.

1 Množiny, výroky a číselné obory

MATEMATIKA I. prof. RNDr. Gejza Dohnal, CSc. II. Základy matematické analýzy

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

Definice derivace v bodě

Limita posloupnosti a funkce

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Přednáška 6, 6. listopadu 2013

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

Derivace funkcí více proměnných

1 Topologie roviny a prostoru

1 L Hospitalovo pravidlo

Matematická analýza III.

4. Topologické vlastnosti množiny reálných

Přednáška 11, 12. prosince Část 5: derivace funkce

Parciální derivace a diferenciál

MATEMATIKA. Příklady pro 1. ročník bakalářského studia. II. část Diferenciální počet. II.1. Posloupnosti reálných čísel

FUNKCE A JEJICH VLASTNOSTI

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

Helena R ˇ ı hova (CˇVUT) Funkce 5. rˇı jna / 28

III. Diferenciál funkce a tečná rovina 8. Diferenciál funkce. Přírůstek funkce. a = (x 0, y 0 ), h = (h 1, h 2 ).

Parciální derivace a diferenciál

Derivace úvod. Jak zjistit míru změny?

+ 2y. a y = 1 x 2. du x = nxn 1 f(u) 2x n 3 yf (u)

Kapitola 1: Reálné funkce 1/13

Omezenost funkce. Definice. (shora, zdola) omezená na množině M D(f ) tuto vlastnost. nazývá se (shora, zdola) omezená tuto vlastnost má množina

Řešení 1a Budeme provádět úpravu rozšířením směřující k odstranění odmocniny v čitateli. =lim = 0

VY_32_INOVACE_M-Ar 8.,9.20 Lineární funkce graf, definiční obor a obor hodnot funkce

Aplikace derivace a průběh funkce

Petr Hasil. Prvákoviny c Petr Hasil (MUNI) Úvod do infinitezimálního počtu Prvákoviny / 57

O FUNKCÍCH. Obsah. Petr Šedivý Šedivá matematika

Kapitola 1: Reálné funkce 1/13

Transkript:

Matematika I (KMI/PMATE) 1 0.1 Úvod do matematické analýzy 0.1.1 Limita a spojitost funkce Lineární funkce Lineární funkce je jedna z nejjednodušších a možná i nejpoužívanějších funkcí. f(x) = kx + q D(f) = R H(f) = R k... směrnice q... absolutní člen Příklady lineárních funkcí f(x) = 3x 2 k = 3, q = 2 f(x) = 2x 5 k = 2, q = 5 f(x) = 5x + 1 k = 5, q = 1 f(x) = 3x + 1 k = 3, q = 1 Grafem lineární funkce je přímka. Na obrázcích jsou uvedeny grafy funkcí f(x) = 2x 1 a f(x) = x + 4. (a) Graf funkce f(x) = 2x 1 (b) Graf funkce f(x) = x + 4 Obrázek 1: Grafy lineárních funkcí 0.1.2 Shrnutí Mějme lineární funkci f(x) = kx + q. Hodnota q odpovídá funkční hodnotě pro x = 0. Je tedy q = f(0). Graf lineární funkce protíná svislou osu ve výšce q.

2 Matematika I (KMI/PMATE) Hodnota směrnice k je rovna změně funkční hodnoty v případě, že hodnota x se zvětší o jednotku. Hodnota směrnice k ovlivňuje sklon grafu lineární funkce - čím větší hodnota k, tím větší sklon dané přímky. Obecně je k = f(x 2) f(x 1 ) x 2 x 1. Limita funkce Mějme funkci f(x) = x + 4. Jak se chová f(x), jestliže se hodnota proměnné x blíží k číslu 5? Přibližování zleva x 4,9 4,99 4,999 4,9999 f(x) = x + 4 8,9 8,99 8,999 8,9999 Přibližování zprava x 5,1 5,01 5,001 5,0001 f(x) = x + 4 9,1 9,01 9,001 9,0001 Závěr: Čím blíž je x číslu 5, tím blíž je f(x) číslu 9. Tento druh závislosti označujeme symbolem (x + 4) = 9 x 5 a čteme: Limita funkce f(x) = x + 4 pro x jdoucí k pěti je rovna devíti.. Proč to děláme tak složitě? Proč pouze nedosadíme za x číslo 5 do předpisu funkce f(x) = x + 4? Odsud přece rovnou dostaneme f(5) = 5 + 4 = 9. Příklad Vypočtěte x 2 x 2. Snadno ověříme, že bod x = 2 nepatří do definičního oboru funkce, tedy nelze určit hodnotu f(2). x 1,9 1,99 1,999 2 2,001 2,01 2,1 f(x) 3,9 3,99 3,999? 4,001 4,01 4,1 Tabulka napovídá, že zřejmě bude platit x 2 x 2 = 4. Proč nás zajímá hodnota v bodě x = 2? Proč je ita rovna právě 4? Odpověd na první otázku Limity nám pomáhají např. najít extrémní (největší a nejmenší) funkční hodnoty. Využíváme přitom pojem tečny grafu funkce. Připomeňme, že směrnici přímky, která prochází body o souřadnicích [a, f(a)] a [x, f(x)] lze vypočítat dle vzorce f(x) f(a) k =. x a

Matematika I (KMI/PMATE) 3 Odpověd na druhou otázku Pro všechna x 2 je x 2 (x 2)(x + 2) =. x 2 (x 2)(x + 2) x 2 = x + 2. x 1,9 1,99 1,999 2 2,001 2,01 2,1 f(x) 3,9 3,99 3,999? 4,001 4,01 4,1 Vysvětlení Pokud uvažujeme hodnoty f(x) pro x blížící se 2 (a tedy x 2), potom lze výraz nahradit výrazem x + 2, u kterého je zřejmé, že čím blíž jsme k hodnotě x = 2, x 2 tím víc se hodnota f(x) blíží ke čtyřem. Je tedy: Nakreslete graf funkce f(x)! Příklad ( Vypočtěte x + x ). x x 2 x 2 = (x + 2) = 4. x 2 Snadno ověříme, že bod x = 0 nepatří do definičního oboru funkce, tedy nelze určit hodnotu f(0). x -0,1-0,01-0,001 0 0,001 0,01 0,1 f(x) -1,1-1,01-1,001? 1,001 1,01 1,1 ( Je x + x ) ( = 1, x + x ) = 1 x + x Při přibližování zleva dostáváme jiné hodnoty, než při přibližování zprava (nakreslete Neformální definice Necht platí, že pro x blížící se číslu a (zleva i zprava) se funkční hodnoty funkce f(x) blíží jednomu číslu b. Potom říkáme, že f(x) se blíží b pro x jdoucí k a, resp. že ita f(x) pro x a je (rovna číslu) b. Píšeme f(x) = b. Jestliže se hodnoty f(x) neblíží k jedné konkrétní hodnotě b pro x jdoucí k číslu a (zprava i zleva), potom říkáme, že funkce f(x) nemá itu pro x a. Je důležité, aby se funkční hodnoty f(x) blížily k jednomu stejnému číslu, když se hodnota x blíží k číslu a z obou stran. Pokud se například f(x) blíží hodnotě 1 pro x 2, tj. pro x = 1, 9; 1, 99; 1, 999,..., blíží hodnotě 3 pro x 2 +, tj. pro x = 2, 1; 2, 01; 2, 001,..., potom ita f(x) pro x 2 neexistuje.

4 Matematika I (KMI/PMATE) Může se stát, že funkční hodnota f(x) se nepřibližuje k žádné konkrétní hodnotě při přibližování x k a z obou stran. Potom říkáme, že ita f(x) pro x a neexistuje. V uvedené neformální definici používáme poněkud nepřesný pojem přibližovat se k.... Je nutné tuto definici upřesnit. Poněkud přesnější definice Řekneme, že f(x) = b, je-li možné učinit funkční hodnotu f(x) blízkou hodnotě b s libovolnou přesností (tj. s libovolně malou odchylkou od hodnoty b) vhodnou volbou x dostatečně blízkého hodnotě a. Korektní definice ity funkce Řekneme, že f(x) = b, jestliže existuje takové číslo b, že ke každému reálnému číslu ε > 0 existuje reálné číslo δ > 0 takové, že když x (a δ, a) (a, a + δ), potom je f(x) (b ε, b + ε). Definice (jednostranné) ity funkce zleva Řekneme, že f(x) = b, jestliže existuje takové číslo b, že ke každému reálnému číslu ε > 0 existuje reálné číslo δ > 0 takové, že když x (a δ, a), potom je f(x) (b ε, b + ε). Definice (jednostranné) ity funkce zprava Řekneme, že f(x) = b, + jestliže existuje takové číslo b, že ke každému reálnému číslu ε > 0 existuje reálné číslo δ > 0 takové, že když x (a, a + δ), potom je f(x) (b ε, b + ε). Příklad Necht je f(x) = x + x x. Potom je f(x) = 1 f(x) = +1 + f(x) neexistuje

Matematika I (KMI/PMATE) 5 Příklad - nevlastní ita ( ) 1 Vypočtěte x 2. Snadno ověříme, že bod x = 0 nepatří do definičního oboru funkce, tedy nelze určit hodnotu f(0). Zleva: x -0,1-0,01-0,001-0,000 1 f(x) 100 10 000 1 000 000 100 000 000 Zprava: x 0,1 0,01 0,001 0,000 1 f(x) 100 10 000 1 000 000 100 000 000 Z předchozích dvou tabulek bylo vidět, že když se hodnota x dostane dostatečně blízko k 0 (zleva i zprava), potom funkční hodnoty f(x) rostou bez omezení - nade všechny meze. Vlastní ita f(x) pro x 0 neexistuje, nebot neexistuje číslo, které by vykazovalo vlastnost itní hodnoty b. Takovéto typy it označujeme jako nevlastní ity a říkáme, že divergují k +, resp. k. f(x) =, Definice nevlastní ity f(x) =, 1 x 2 = Řekneme, že f(x) =, jestliže ke každému reálnému číslu K > 0 existuje reálné číslo δ > 0 takové, že když x (a δ, a) (a, a + δ), potom je f(x) > K. Ukažte podle definice, že Viz graf funkce. ( ) 1 x 2 =. V některých případech sledujeme, jak se vyvíjejí funkční hodnoty, pro hodnoty x rostoucí nade všechny meze, tj. do nekonečna. Příklad - ita v nevlastním bodě 2x 2 + 5 Určete hodnotu x x 2 + 1. Řešení: Hodnotu dané ity (prozatím) odhadneme z tabulky: x 1 10 100 1 000 f(x) 7 2 205 101 20 005 10 001 2 000 005 1 000 001 f(x) 3,5 2,0297 2,0003 2,0000 Je patrné, že pro x se funkční hodnota blíží číslu 2.

6 Matematika I (KMI/PMATE) Definice ity v nevlastním bodě Řekneme, že x f(x) = b, jestliže existuje takové číslo b, že pro všechna reálná čísla ε > 0 existuje reálné číslo x 0 takové, že když x (x 0, ), potom je f(x) b < ε. Obecný náhled: Jestliže se hodnoty funkce mění plynule, tj. bez náhlých skoků, říkáme, že daná funkce je spojitá. (a) Funkce f(x) je nespojitá v bodě a. (b) Funkce f(x) je nespojitá v bodě a. (c) Funkce f(x) je spojitá v bodě a. Obrázek 2: Různé případy (ne)spojitosti Definice spojitosti funkce v bodě Necht f(x) je funkce a číslo a je prvkem definičního oboru funkce f(x). Řekneme, že funkce f(x) je spojitá v bodě a, jestliže existuje vlastní ita f(x) platí rovnost f(x) = f(a) Řekneme, že funkce je spojitá na otevřeném intervalu I, jestliže je spojitá v každém bodě intervalu I. Definice jednostranné spojitosti funkce v bodě Necht f(x) je funkce a číslo a je prvkem definičního oboru funkce f(x). Řekneme, že funkce f(x) je spojitá zleva v bodě a, jestliže existuje ita zleva f(x) platí rovnost f(x) = f(a) Řekneme, že funkce f(x) je spojitá zprava v bodě a, jestliže existuje ita zprava + f(x) platí rovnost + f(x) = f(a)

Matematika I (KMI/PMATE) 7 Řekneme, že funkce je spojitá v uzavřeném intervalu a, b, jestliže je spojitá v každém bodě otevřeného intervalu (a, b) a dále je spojitá zprava v bodě a a současně je spojitá zleva v bodě b. Která z uvedených funkcí je spojitá na svém definičním oboru? { x + 1 pro x 2, f(x) = 5 x pro x > 2 g(x) = { x + 1 pro x < 2, 6 x pro x > 2 h(x) = 1 { x 1/x pro x 0, k(x) = 0 pro x = 0 Z definice spojitosti funkce v bodě plyne, že pokud víme, že v bodě a je funkce f(x) spojitá, potom lze itu f(x) vypočítat ze vztahu f(x) = f(a). Každá funkce, která vznikne z mocninné funkce, a dále pak z goniometrických, cyklometrických, exponenciálních a logaritmických funkcí pomocí konečného počtu početních operací sčítání, odčítání, násobení, dělení a skládání, je spojitá na svém definičním oboru. Pravidla pro počítání s itami V následujících vzorcích předpokládáme, že existují ity Potom platí následující vzorce: sin x x = 1 e x 1 x = 1 a x 1 = ln a x ln(1 + x) = 1 x m (1 + x) n 1 = n x m f(x), a g(x). [f(x) + g(x)] = f(x) + g(x) [f(x) g(x)] = f(x) g(x) [f(x) g(x)] = f(x) g(x) f(x) g(x) = f(x) g(x) ( 0)

8 Matematika I (KMI/PMATE) Sendvičová věta Předpokládejme, že existuje okolí bodu a takové, že pro všechna x a z tohoto okolí jsou splněny nerovnosti f(x) g(x) h(x). Dále předpokládejme, že jsou splněny rovnosti f(x) = h(x) = b. Potom existuje i ita g(x) a platí g(x) = b.