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

Podobné dokumenty
1) Spočítejte limitu pomocí l Hospitalova pravidla, pokud selˇze, spočítejte ji klasicky:

Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

Limita a spojitost LDF MENDELU

7B. Výpočet limit L Hospitalovo pravidlo

Limita ve vlastním bodě

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

Limita a spojitost funkce

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

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

9. Limita a spojitost

Management rekreace a sportu. 10. Derivace

LIMITA FUNKCE, SPOJITOST FUNKCE

0.1 Úvod do matematické analýzy

Limita a spojitost funkce a zobrazení jedné reálné proměnné

Spojitost funkce. Kapitola 8. ale kromě toho zajímá, jestli daný experiment probíhal kontinuálně, nebo nastaly. Intuitivní představy o pojmu spojitost

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

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

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.

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

Přednáška 3: Limita a spojitost

Spojitost a limita funkce

Základy matematické analýzy

Funkce, elementární funkce.

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 16. ledna 2009

Limita a spojitost funkce

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

Teorie. kunck6am/ (a) lim. x x) lim x ln ) = lim. vnitřní funkce: lim x. = lim. lim. ln(1 + y) lim = 1,

Derivace goniometrických funkcí

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

2. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Matematika (KMI/PMATE)

f(c) = 0. cn pro f(c n ) > 0 b n pro f(c n ) < 0

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.

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

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

3. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

CVIČNÝ TEST 10. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Renáta Koubková. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 17 IV. Záznamový list 19

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

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.

Matematická analýza III.

30. listopadu Derivace. VŠB-TU Ostrava. Dostupné: s1a64/cd/index.htm.

9. Limita a spojitost funkce

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

Logaritmické a exponenciální funkce

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

1 Integrální počet. 1.1 Neurčitý integrál. 1.2 Metody výpočtů neurčitých integrálů

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Derivace úvod. Jak zjistit míru změny?

Derivace goniometrických. Jakub Michálek,

I. 4. l Hospitalovo pravidlo

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

1. Funkce dvou a více proměnných. Úvod, limita a spojitost. Definiční obor, obor hodnot a vrstevnice grafu

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

ϵ = b a 2 n a n = a, pak b ϵ < a n < b + ϵ (2) < ϵ, což je spor, protože jsme volili ϵ = b a

Matematická analýza pro informatiky I. Limita 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).

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

LEKCE10-RAD Otázky

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

VII. Limita a spojitost funkce

( + ) ( ) 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

Matematika 1. 1 Derivace. 2 Vlastnosti a použití. 3. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 16

Derivace funkcí více proměnných

Goniometrické a hyperbolické funkce

Diferenciál funkce. L Hospitalovo pravidlo. 22. a 23. března 2011

2. spojitost (7. cvičení) 3. sudost/lichost, periodicita (3. cvičení) 4. první derivace, stacionární body, intervaly monotonie (10.

10. cvičení - LS 2017

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

5. Limita a spojitost

Seznámíte se s pojmem primitivní funkce a neurčitý integrál funkce jedné proměnné.

Matematická analýza pro informatiky I. Spojitost funkce

ln(1 + 3x) lim lim lim ln(x 2 x + 1) lim ln(x 10 + x + 1) = ln x 2 (1 1 x + 1 x 2 ) ln x 10 (1 + 1 x = lim 2 ln x + ln(1 1 x 2 + ln(1 1 x

Vybrané kapitoly z matematiky

PRIMITIVNÍ FUNKCE. Primitivní funkce primitivní funkce. geometrický popis integrály 1 integrály 2 spojité funkce konstrukce prim.

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

9.2. Zkrácená lineární rovnice s konstantními koeficienty

Přednáška 9, 28. listopadu 2014 Část 4: limita funkce v bodě a spojitost funkce

Derivace funkce. prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. Katedra matematiky BI-ZMA ZS 2009/2010

7. Funkce jedné reálné proměnné, základní pojmy

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

1 Polynomiální interpolace

Vypracoval: Mgr. Lukáš Bičík TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

4.3.8 Vzorce pro součet goniometrických funkcí. π π. π π π π. π π. π π. Předpoklady: 4306

2.6. Limita funkce. Nechť c R jevnitřnínebokrajníbodintervaludefiničníhooborufunkce

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

CVIČNÝ TEST 1. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 21 IV. Záznamový list 23

LIMITA FUNKCE, SPOJITOST FUNKCE - CVIČENÍ

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 17. února ( sin (π 2 arctann) lim + 3. n 2. π 2arctan n. = lim + 3.

Tabulkové limity. n! lim. n n) n + lim. n + n β = 0. n + a n = 0. lim. (d) Pro α > 0 (tj. libovolně velké) a pro β > 0 (tj.

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

Základy matematiky pro FEK

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: MATEMATIKA ČTVRTÝ VĚRA JÜTTNEROVÁ Název zpracovaného celku: DERIVACE ZÁKLADNÍ A SLOŽENÉ FUNKCE

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Transkript:

Kapitola 7 Limita funkce V této kapitole budeme studovat pojem ita funkce, který lze zařadit mezi základní pojmy matematiky, speciálně pak matematické analýzy Využití ity funkce je široké Pomocí ity lze popsat různé fyzikální a chemické jevy - např okamžitou rychlost automobilu, zamoření chemickou látkou, šíření nákazy V ekonomii můžeme pomocí tohoto pojmu určit okamžité tempo růstu národního důchodu Limitu funkce lze však také použít pro studium různých vlastností funkcí - určení sklonu grafu funkce v daném bodě, výpočet plošného obsahu nějakého obrazce Hlavním cílem této kapitoly bude zavést pojem ita funkce a uvést její základní vlastnosti,které se dají požít při výpočtu it Především se budeme soustředit na praktické výpočty it různých funkcí 7 Definice ity funkce V této kapitole si zobecníme dříve probraný pojem ita posloupnosti pro libovolné funkce Intuitivní představy o pojmu ita Ještě před zavedením korektní inice si pro názornost ilustrujeme pojem ita na příkladu Příklad 7 Podíváme se, jakých hodnot nabývá funkce f : y = 3, jestliˇze se hodnoty nezávisle proměnné přibliˇzují k číslu Přesto ˇze číslo nepatří do iničního oboru dané funkce, není pro odpověd na naši otázku podstatné Nezajímá nás, jak se funkce chová přesně v bodě, ale pouze v blízkosti tohoto bodu Základní přehled o hodnotách f) si můˇzeme udělat pomocí následující tabulky, kdy se k hodnotě = blíˇzíme zleva a zprava Aby se nám počítalo snadněji, všimněme si, ˇze pro R \ { } platí f) = 3 = 3 + 0, 8 0, 9 0, 95 0, 99 0, 999, 00, 0, 05, f ) 4, 4 4, 7 4, 85 4, 97 4, 997 5, 003 5, 03 5, 5 5, 3 Z tabulky je zřejmé, ˇze funkční hodnoty f) dosahují k číslu 5, pro stále více se blíˇzícímu k číslu z libovolné strany Toto chování popisujeme slovy ita funkce f pro jdoucí k je 5 a zkráceně píšeme Konečná ita funkce f) = 3 = 3 + = 5 Při intuitivním popisu ity funkce v bodě jsme používali představu blízkých bodů Tuto představu je však třeba upřesnit Blízkost dvou libovolných bodů R a a R lze posuzovat pomocí jejich vzdálenosti a 50

Chceme-li říci, že funkce f má v bodě a R itu A R, je třeba ukázat, že k tomu, aby byla vzdálenost f) A libovolně malá, stačí nalézt body R takové, že a je dostatečně malé Na hodnotě funkce f v bodě a vůbec nezáleží - může i nemusí eistovat, nezajímá nás to Definice 7 Konečná ita v reálném bodě) Funkce f má v bodě a R itu A R právě tehdy, když k libovolnému ε > 0 eistuje δ > 0 tak, ˇze f) A < ε, jestliˇze 0 < a < δ Poznámka 7 Předchozí inici lze zapsat symbolicky ve tvaru ε > 0 δ > 0 R : 0 < a < δ = f) A < ε) Jako ukázku použití této inice uvedeme následující příklad Příklad Příklad 7 Uvažujme funkci f : y = + 3 a zabývejme se otázkou, jak se tato funkce chová pro jdoucí k Řešení: 7 Pomocí výpočtu několika hodnot usoudíme, ˇze + 3) = 5 Podle inice je nyní třeba nalézt vztah mezi vzdálenostmi a f) 5 : Necht je dáno libovolné ε > 0, pak jestliže < δ = ε f) 5 = + 3 5 = < ε, Vzhledem k tomu, že se v tomto tetu zaměříme především na výpočet it, formulujeme následující větu, která výpočty it umožní Věta 7 O aritmetických operacích s itami) Necht f) = A a g) = B, kde A, B R, pak f) + g)) = A + B, f)g)) = AB, f) 3 g) = A, je-li B 0 B Poznámka 7 Slovně lze tvrzení věty?? stručně formulovat takto: pravidlo součtu: ita součtu funkcí je rovna součtu it těchto funkcí, pravidlo součinu: ita součinu funkcí je rovna součinu it těchto funkcí, 3 pravidlo podílu: ita podílu funkcí je rovna podílu it těchto funkcí, pokud je podíl inován Příklad Příklad 73 Určíme + 3 + 3 + + Řešení: 7 Protože =, platí podle pravidla součinu = = = Podobně lze získat 3 = Pro konstantní funkci y = k platí k = k Podle pravidla součtu tedy platí + 3 + ) = 5 a 3 + + ) = 3 Nakonec podle pravidla podílu tedy + 3 + + 3 + ) 3 + + = 3 + + ) = 5 3 5

Limita sloˇzené funkce Další věta, která je při výpočtu it funkcí užitečná se týká složených funkcí Uvedeme ji v následujícím tvaru Věta 7 O itě sloˇzené funkce) Necht f, g : R R Jestliže, gy) = B a f) A y A pro dostatečně blízká k a taková, že a, pak g f)) = B Příklad 74 Vypočítáme itu sin + sin sin 3 sin + Řešení: 73 Je že sin = /, takˇze sin = /4 a sin +sin ) = 0 Podobně zjistíme, sin 3 sin + ) = 0 Zlomek 0/0 není inován, takže pro výpočet ity zadané funkce nelze pouˇzít pravidlo podílu Uvaˇzujme však vnitřní funkci f : y = sin, pro kterou platí / a vnější funkci g : z = y + y )/y 3y + ), pro kterou podle předchozí úvahy platí gy) = y y y + y y 3y + = y ) y y + ) ) y y ) y + = y y = y + ) y y ) = y 3 f) = = 3 Protoˇze pro blízká π/ a π/ je f) = sin /, můˇzeme pouˇzít větu o itě sloˇzené funkce a získáme sin + sin sin 3 sin + = y + y y y 3y + = 3 Jednostranné ity Vzhledem k tomu, že je často třeba rozlišit, zda se zajímáme o hodnoty funkce f v blízkosti bodu a R pro > a, resp < a, je potřebné zavést další nové pojmy Definice 7 Jednostranné konečné ity v reálném bodě) Funkce f má v bodě a R itu A R zprava právě tehdy, kdyˇz k libovolnému ε > 0 eistuje δ > 0 tak, ˇze f) A < ε, jestliˇze a < < a + δ Funkce f má v bodě a R itu A R zleva právě tehdy, kdyˇz k libovolnému ε > 0 eistuje δ > 0 tak, ˇze f) A < ε, jestliže a δ < < a Poznámka 73 Předchozí inice lze symbolicky zapsat ve tvaru + Nekonečná ita ε > 0 δ > 0 R : 0 < < a + δ = f) A < ε), ε > 0 δ > 0 R : a δ < < a = f) A < ε) Definice 73 Nekonečná ita v reálném bodě) Funkce f má v bodě a R itu + právě tehdy, kdyˇz k libovolnému reálnému číslu K, K > 0 eistuje δ > 0 tak, ˇze f) > K, jestliˇze 0 < a < δ Funkce f má v bodě a R itu právě tehdy, kdyˇz k libovolnému reálnému číslu L, L < 0 eistuje δ > 0 tak, ˇze f) < L, jestliˇze 0 < a < δ 5

Poznámka 74 Předchozí inici lze zapsat symbolicky ve tvaru f) = + Analogicky můˇzeme psát f) = Příklad 75 Typ ) Ukáˇzeme, ˇze 0 + = + K > 0 δ > 0 R : 0 < a < δ = f) > K L < 0 δ > 0 R : 0 < a < δ = f) < L Řešení: 74 Podle inice je třeba ke kaˇzdému reálnému číslu K, K > 0 nalézt δ > 0 takové, ˇze pro δ, 0) 0, δ) platí > K Poloˇzme δ = / K, pak pro R, pro která 0 < < δ, platí < /K a jsme hotovi Zkráceně budeme o itách tohoto typu s tímto výsledkem mluvit jako o itách typu /0 + Příklad 7 Typ ) Ukáˇzeme, ˇze 0 0 = e Řešení: 75 Podle inice je třeba ke kaˇzdému L < 0 nalézt δ > 0 takové, ˇze pro δ, 0) 0, δ) platí < L e Poloˇzme pak platí δ = ln L 0 < < δ < ln ) L, ) e < L L < e < L e To však bylo třeba ukázat Zkráceně budeme o itách tohoto typu s tímto výsledkem mluvit jako o itách typu /0 K tomu, abychom mohli počítat i s nekonečnými itami, je účelné zavést následující vztahy: Je-li A R, pak Neinujeme výraz typu A ± = ±, + + = +, = +, resp + 53

Pro libovolná A > 0 nebo A = + a B < 0 nebo B = inujeme ± A = ±, ± B = Neinujeme výraz typu 0 ± Je-li A R, inujeme Neinujeme výrazy typu Zlomek typu A ± = 0 0 0, se obecně neinuje, nicméně pro A 0 lze pro hodnotu ity podílu symbolicky psát A 0 = +, viz příklady uvedené v závěru kapitoly A 0 Příklady Pro výpočet it jsme dosud používali větu?? Vezmeme-li v úvahu inované vztahy pro symboly + a, lze ukázat, že podobná věta o aritmetice it platí i pro nekonečné ity Ukážeme to na několika příkladech Příklad 77 Vypočítáme 3 +4 Řešení: 7 Nejdříve si všimněme, ˇze zlomek 0/0 není inován, provedeme tedy úpravy výrazu tak, abychom mohli pouˇzít větu o algebře it a případně vztahy inované pro nekonečno Pro 0 platí Nyní můžeme použít pravidlo podílu a psát 3 + 4 = + 4 3 + 4 + 4 = =, protoˇze 0 + 4) = 4, 0 = 0 a jedná se o typ /0 + Limita v nekonečnu Definice 74 Konečná ita v nekonečnu) Funkce f má v bodě + itu A R právě tehdy, když k libovolnému ε > 0 eistuje k > 0 tak, že f) A < ε, jestliže > k Funkce f má v bodě itu A R právě tehdy, kdyˇz k libovolnému ε > 0 eistuje l < 0 tak, ˇze f) A < ε, jestliže < l Poznámka 75 Předchozí inici lze zapsat symbolicky ve tvaru a analogicky + ε > 0 k > 0 R : > k = f) A < ε) ε > 0 l < 0 R : < l = f) A < ε) 54

Poznámka 7 Podobným způsobem lze inovat nekonečnou itu v nekonečnu, např f) = + + K > 0 k > 0 R : > k = f) > K) Již jsme poznali, že práce se symboly + a má svá specifika V následujících příkladech si ukážeme, jak vypočítat některé typy it Limity typu 0/0) a / ) Příklad 78 Vypočtěte itu 4 Řešení: 77 Jedná se o itu typu 0/0) čitatel i jmenovatel zlomku je po dosazení roven ) Zlomek 0/0 není inován Limitu můžeme zkrátit, dostáváme 4 = )+) = + Poslední itu lze vypočíst dosazením a tak platí 4 = 4 Příklad 79 Vypočtěte itu 3 4 Řešení: 78 Jedná se o itu typu / ) Narozdíl od předcházejícího příkladu nelze zkrátit V tomto případě můˇzeme postupovat, tak ˇze ji upravíme na součet it Vyuˇzijeme vlastností ity a vztahu = 0 Budeme postupovat, tak ˇze čitatele i jmenovatele podělíme s největší mocninnou n vyskytující se ve zlomku Platí 3 4 = Příklad 70 Vypočtěte itu + 3 4 Řešení: 79 Jedná se o itu typu 0/0) Limitu lze vypočíst pomocí rozšíření zlomku, úprava podle vzorce a + b)a b) = a b Tedy lze počítat následujícím způsobem = 0 + ++ ++ = 0 ++ = = 3 0 + = Limity typu sin α α pro α 0 sin Je-li úhel vyjádřen v radiánech, pak platí = Této vlastnosti budeme využívat při výpočtu následujících it Příklad 7 Vypočtěte itu sin 3 Řešení: 70 Tuto itu lze snadno upravit tak, aby u funkce sinus v čitateli byl stejný argument jako 3 je číslo vyskytující se ve jmenovateli = 3 = 3 sin 0 Příklad 7 Zjistěte, zda eistuje ita cos Řešení: 7 Upravíme na typovou itu za pomocí vzorců pro počítání s goniometrickými funkcemi cos = cos sin a = cos + sin resp z něj odvozeného cos = sin ) Pro itu platí cos sin ) 0 + cos = 0 sin 3 3 = 0 sin = sin Vzhledem k tomu, ˇze se nám při úpravě objevila absolutní hodnota, záleˇzí na tom, zda se blíˇzíme k nule zleva od záporných čísel) nebo zprava od kladných čísel) Pro ity zleva a zprava platí cos = sin = sin + = a + 0 cos neeistuje = sin = sin = Nejsou si rovny a přestože obě eistují, ita 55

Limity typu Příklad 73 Vypočtěte itu + 4 Řešení: 7 Pro jdou oba dva výrazy +, 4 do Můžeme postupovat tak, že itu rozšíříme a pouˇzijeme úpravu podle vzorce a + b)a b) = a b a pak dále upravujeme itu + 4 = + 4 ) + 4 + = +4 = 4 Příklad 74 Vypočtěte itu π Řešení: 73 Postupně upravujeme ) sin π cos tan = π sin cos tan ) sin sin cos = π sin sin ) sin =) = π q ++ 4 sin + sin = Limity s číslem e Eulerovo číslo e se rovná následujícím itám + n n n) = + n n n) = + α) α = e α 0 n n Příklad 75 Vypočtěte itu n +n) Řešení: 74 Limitu upravíme následujícím způsobem +n ) /n n n = + n ) n n) = e ) Příklad 7 Vypočtěte itu + Řešení: 75 Limitu upravíme následujícím způsobem ) ) = + ) + ) e + ) = + ) = 5