Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

Podobné dokumenty
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

Limita a spojitost funkce

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

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

Limita a spojitost LDF MENDELU

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

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

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.

7B. Výpočet limit L Hospitalovo pravidlo

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

LIMITA FUNKCE, SPOJITOST FUNKCE

Přednáška 3: Limita a spojitost

Spojitost a limita funkce

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

VII. Limita a spojitost funkce

Limita ve vlastním bodě

Limita a spojitost funkce a zobrazení jedné reálné proměnné

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

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

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

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

Derivace funkce. Obsah. Aplikovaná matematika I. Isaac Newton. Mendelu Brno. 2 Derivace a její geometrický význam. 3 Definice derivace

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.

Limita posloupnosti a funkce

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

( + ) ( ) 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

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

HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Derivace funkcí více proměnných

2. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

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

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

5. Limita a spojitost

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

Algebraické výrazy - řešené úlohy

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

2.6. Limita funkce. Nechť c R jevnitřnínebokrajníbodintervaludefiničníhooborufunkce

1. Několik základních pojmů ze středoškolské matematiky. Na začátku si připomeneme následující pojmy:

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

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

1 Topologie roviny a prostoru

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

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

3. Derivace funkce Definice 3.1. Nechť f : R R je definována na nějakém okolí U(a) bodu a R. Pokud existuje limita f(a + h) f(a) lim

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

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

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

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

7. Funkce jedné reálné proměnné, základní pojmy

Praha & EU: investujeme do vaší budoucnosti. Daniel Turzík, Miroslava Dubcová,

VI. Derivace složené funkce.

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

Zlín, 23. října 2011

Matematická analýza III.

Základy matematické analýzy

I. 4. l Hospitalovo pravidlo

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

1 Množiny, výroky a číselné obory

Kapitola 1: Reálné funkce 1/13

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

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Matematika I (KMI/PMATE)

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

0.1 Funkce a její vlastnosti

3. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Spojitost a limita funkce, limita posloupnosti

Digitální učební materiál

Základy matematiky pro FEK

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

Matematická analýza III.

VZOROVÝ TEST PRO 1. ROČNÍK (1. A, 3. C)

Elementární funkce. Polynomy

Matematika (KMI/PMATE)

10. cvičení - LS 2017

1 L Hospitalovo pravidlo

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

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

M - Kvadratické rovnice a kvadratické nerovnice

9. Limita a spojitost

1 Polynomiální interpolace

Obecnou definici vynecháme. Jednoduše řečeno: složenou funkci dostaneme, když dosadíme za argument funkci g. Potom y f g

Funkce základní pojmy a vlastnosti

( ) ( ) ( ) x Užití derivace. Předpoklady: 10202, 10209

M - Příprava na 3. čtvrtletní písemnou práci

Matematická analýza pro informatiky I. Spojitost funkce

0.1 Úvod do matematické analýzy

0.1 Úvod do lineární algebry

1 1 x. (arcsinx) = (arccosx) = (arctanx) = x 2. (arcctg) = (e x ) = e x

Matematická analýza pro informatiky I. Derivace funkce

Algebraické výrazy Vypracovala: Mgr. Zuzana Kopečková

M - Kvadratické rovnice

V exponenciální rovnici se proměnná vyskytuje v exponentu. Obecně bychom mohli exponenciální rovnici zapsat takto:

9. Limita a spojitost funkce

Derivace funkce Otázky

II. 3. Speciální integrační metody

Aplikace derivace a průběh funkce

16. DEFINIČNÍ OBORY FUNKCÍ

Kapitola 7: Integrál.

Transkript:

Metody výpočtu limit funkcí a posloupností Martina Šimůnková, 6. listopadu 205 Učební tet k předmětu Matematická analýza pro studenty FP TUL Značení a terminologie R značí množinu reálných čísel, rozšířenou reálnou osu R {, + } značíme R. Nekonečna nazýváme nevlastními body rozšířené reálné osy. Limitu L R funkce f v bodě 0 R značíme. bud lim 0 f(), 2. nebo f() L pro 0. Jednostranné limity v bodě 0 R značíme. limitu zprava: + 0, 2. limitu zleva: 0. Limita spojité funkce limitu počítáme dosazením K výpočtu limity funkce f v bodě 0 R, která je v bodě 0 spojitá použijeme větu. Při výpočtu pak využíváme toho, že všechny elementární funkce jsou spojité na svých definičních oborech. Věta. Funkce f je v bodě 0 R spojitá právě když má v bodě 0 limitu a ta je rovna f( 0 ). Příklad 2. Limita funkce f : 2 3 2+ (2 2 3)/(2 2 + ) /5. v bodě 2 je rovna f(2) Použití základních limit Hodnoty následujících limit spočítáme přímo z definice (výpočet zatím v tetu není) pro + a, n log pro 0 + a +, pro +. e pro a +.

Další limity spočítáme pomocí věty o sevřené funkci (zatím v tetu není) sin pro 0, e pro 0. Limity a aritmetické operace K použití věty 3 potřebujete znát, jak jsou definovány aritmetické operace výrazů obsahujících nekonečna. Najdete je v tetu Jiřího Veselého, Základy matematické analýzy, definice 2.3.4 na straně 64. Uspořádání najdete v definici 2.2.2 na straně 60. Věta 3. Necht májí funkce f, g v bodě 0 R limity rovné F, G R. Pak má v bodě 0 : funkce f + g limitu rovnu F + G, pokud je F + G definováno, funkce f g limitu rovnu F G, pokud je F G definováno, funkce f g limitu rovnu F G, pokud je F G definováno, funkce f/g limitu rovnu F/G, pokud je F/G definováno. Tvrzení platí pro oboustranné limity, i pro jednostranné limity. Příklad 4. Máme spočítat limitu funkce f : 2 5 pro +. Větu 3 3 použijeme k výpočtu limity čitatele vyjde 2 (+ ) 5, což je definováno a je rovno +. Podobně spočítáme limitu jmenovatele: 3 (+ ). Větu o limitě podílu ale použít nemůžeme, protože podíl + /( ) není definován. Pomůžeme si úpravou 2 5 3 (2 5) (3 ) 2 5 3. Po úpravě je limita čitatele rovna 2 5/(+ ) 2, limita jmenovatele 3/(+ ) a věta o limitě podílu dá výsledek f() 2/( ) 2 pro +. Příklad 5. Chceme spočítat limitu funkce f : (3 +3)(2 ) log v bodě 0 zprava. V čitateli je funkce spojitá v bodě 0 zprava, limitu tedy spočítáme dosazením a dostaneme (0 3 + 3)(2 0) 6. Ve jmenovateli je základní limita, která je rovna. Podíl 6/( ) je definován (je roven 0). Použitím věty o limitě podílu dostaneme f() 0 pro 0 +. Přidejme ještě větu o limitě typu a/0. Poznámka 6. Připomínáme, že prstencové okolí bodu 0 R je P( 0 ) ( 0 δ, 0 ) ( 0, 0 + δ).

Poznámka 7. Formulace g() nabývá v nějakém prstencovém okolí bodu 0... ve větě 8 by precizněji zformulována zněla eistuje prstencové okolí bodu 0 takové, že na něm g() nabývá.... Věta 8. Necht má funkce f v bodě 0 R limitu rovnu F R \ {0}. Funkce g necht má v bodě 0 limitu rovnu nule a necht g() nabývá v nějakém prstencovém okolí bodu 0 kladných hodnot. Pak má v případě F > 0 funkce f/g v bodě 0 limitu rovnu +. V případě F < 0 je limita f/g v bodě 0 rovna. Poznámka 9. Výslednou limitu ve větě 8 lze v obecném případě F R \{0} zapsat sgn(f ) (+ ). Poznámka 0. Pokud chceme použít větu 8 na případ, kdy je funkce g ve jmenovateli na okolí bodu 0 záporná, stačí rozšířit zlomek f/g na ( f)/( g). Poznámka. Věta 8 platí i pro jednostranné limity. Příklad 2. Limita funkce 3 3+ ( 2) 4 funkce 3 3 3 je v bodě 2 rovna. ( 2) 4 je v bodě 2 rovna +. Limita Příklad 3. Limita funkce 3 3+ je v bodě 2 zprava rovna + a ( 2) 3 v bodě 2 zleva rovna. Oboustrannou limitu funkce v bodě 2 nemá. Spojité rozšíření Věta 4. Necht na nějakém prstencovém okolí bodu 0 R platí f() g(). Necht je dále funkce g spojitá v bodě 0. Pak má funkce f v bodě 0 limitu rovnu g( 0 ). Příklad 5. Máme spočítat limitu funkce f : +3 v bodě 2 9 0 3. Pro D(f) R \ {3, 3} platí f(). Funkce g : je v bodě 3 3 3 spojitá. Podle věty 4 je limita funkce f v bodě 3 rovna g( 3) /6. Poznámka 6. Limity racionální funkce počítáme pokrácením kořenového činitele podobně jako v příkladu 5. Příklad 7. Máme spočítat limitu lim 4 +3 2 6+2. Dosazením dostaneme 3 0/0 to není definováno, ale získali jsme informaci, že je kořenem čitatele i jmenovatele. Vydělíme čitatele kořenovým činitelem ( 4 + 3 2 6 + 2) : ( ) a dostaneme 3 + 2 + 4 2. Podobně bud dělením nebo použitím vzorce

získáme ( 3 ) : ( ) 2 + +. Nyní upravujeme 4 + 3 2 6 + 2 3 a dostaneme (3 + 2 + 4 2)( ) ( 2 + + )( ) 4 + 3 2 6 + 2 lim 3 3 + 2 + 4 2 2 + + 3 + 2 + 4 2 2 + + 4 3. Poznámka 8. U limit iracionálních funkcí (tj. funkcí, které kromě aritmetických operací obsahují ještě odmocniny) si k odstranění iracionalit pomůžeme použitím vzorců a n b n (a b)(.... Příklad 9. Chceme spočítat limitu funkce f : 2 3+ v bodě. 3 +4 5 Věta 3 nám nepomůže, protože 0 není definováno. Rozšíříme zlomek výrazem 0 2 + 3 + 2 3 + 3 + 4 5 (2 3 + )(2 + 3 + ) ( 3 + 4 5)(2 + 3 + ), roznásobíme čitatele (2 3 + )(2 + 3 + ) ( 3 + 4 5)(2 + 3 + ) 3 3 ( 3 + 4 5)(2 + 3 + ) a upravíme na součin 3 3 3 + 4 5 2 + 3 +. K výpočtu limity tohoto součinu použijeme větu 3 pro součin. Přitom limitu prvního zlomku spočítáme pokrácením kořenovým činitelem podobně jako v příkladu 7 a limitu druhého zlomku dosazením. Výsledek je 3 28. Příklad 20. Chceme spočítat limitu funkce f v bodě 2 f : ( + 3) 2 (3 + 2 )( 2 + 5) ( 3 + 6)(. + 6 2) Dosazením dostaneme 02 5 9. K odstranění iracionalit (tj. odmocnin), které 0 0 nabývají nulových hodnot, použijeme úpravy + 3 ( + 3)( + + 3) + 2 + 3 + + 3 + 6 + 2 + 6 + 2 + 6 2 ( + 6 2)( + 6 + 2). + 2

Hodnota f() pak po úpravách vyjde ( + 3) 2 (3 + 2 )( 2 + 5) ( 3 + 6)( + 6 2) ( ) 2 2 + (3 + 2 )( 2 + 5) + 6 + 2. + 3 3 + 6 + 2 Před použitím věty 3 oddělíme nulové a nenulové části ( ) 2 2 + (3 + 2 )( 2 + 5) + 3 3 + 6 + 6 + 2 + 2 ( 2) 2 ( 3 + 6)( + 2) (3 + 2 )( 2 + 5)( + 6 + 2) ( +. + 3) 2 Nyní použijeme větu 3 pro součin, přitom limitu prvního zlomku vypočteme pokrácením kořenovým činitelem a druhého zlomku dosazením. Výsledek je 5 9 4 45. 4 Limita složené funkce Věta 2. Necht má funkce f limitu v bodě 0 R rovnu l R a necht je funkce g spojitá v bodě l. Pak má funkce g f : g(f()) v bodě 0 limitu rovnu g(l). Příklad 22. V příkladu 7 jsme spočítali limitu lim 4 +3 2 6+2 4. 3 3 Věta 2 nám dá 4 + 3 lim 2 6 + 2 4 3 3, lim sin 4 + 3 2 6 + 2 3 lim 2 4 +3 2 6+2 3 3 6. sin 4 3, Věta 23. Necht má funkce f v bodě 0 R nevlastní limitu rovnu l {+, } a necht má funkce g v bodě l limitu L. Pak má funkce g f : g(f()) v bodě 0 limitu rovnu L. Věta platí pro oboustrannou i jednostranné limity v bodě 0. Příklad 24. Máme spočítat limitu funkce 2 tg v bodě π zprava. 2 Dosazením π sin do tg dostaneme a použitím věty 8 (kosinus nabývá 2 cos 0 v pravém okolí π záporných hodnot) získáme lim 2 π/2 tg.

Věta 23 pak dá lim π/2 2 tg lim y 2 y. Poslední limita patří mezi základní limity a je rovna nule. Limity iracionálních funkcí v nevlasním bodě Příklad 25. Výpočet si ukážeme na příkladu limity funkce f v bodě +. Zlomek rozšíříme výrazem 5 f : 35 0 + + 3 5 + 3 5 0 + + 3 5 + a s použitím vztahu 5 0 (3 5 0 + + 3) 5 ( 5 + ) 5 platného pro > 0 upravíme na 3 + + 3 9 0 +. 5 K výpočtu limity odmocniny + + 3 použijeme větu 2. K celkovému 9 0 výsledku pak použijeme větu 3 a dostaneme 3 2. Příklad 26. Při výpočtu limity funkce z příkladu 25 v bodě budeme postupovat obdobně, jen musíme uvážit, že pro < 0 platí 5 Limita vyjde 4. Příklad 27. Vypočtěte limity funkce f v bodech + a f : ( 3 5 ) 0 + + 3.. 0 V bodě stačí použít větu 3. Výsledek je ( ) +. V bodě + větu 3 použít nelze, protože (+ ) (+ ) není definováno. Abychom se tohoto nedefinovaného výrazu zbavili, rozšíříme rozdíl v závorce 5 0 + + 3 (5 0 + + 3)( 5 + 0 + + 3) 5 + 0 + + 3 a čitatele roznásobíme ( 5 0 + + 3)( 5 + 0 + + 3) 5 + 0 + + 3 3 5 + 0 + + 3.

Teprve ted výraz 3 ( 3) 5 + 0 + + 3 rozšíříme výrazem a po úpravě použijeme větu 2 na výpočet limity odmocniny a následně použijeme větu 3. Výsledek je 5 0. Limity posloupností Všechny uvedené metody lze použít i na limity posloupností. Věta 28. Necht má funkce f v bodě + limitu L R. Pak má posloupnost {f(k)} k limitu L.