Границя функції в точці, граничній для області визначення функції, називається таке число, до якого значення даної функції прямує при спрямуванні її аргументу до цієї точки. Одне з основоположних понять математичного аналізу.
1 | 0.841471... |
0.1 | 0.998334... |
0.01 | 0.999983... |
Історія
Незважаючи на те, що математичний аналіз розвивався у 17-му та 18-му століттях, сучасна ідея границі функції походить від Бернард Больцано, який у 1817 році ввів основи техніки епсилон-дельта для визначення неперервних функцій. Проте його роботи за життя не були відомими.
У своїй книзі Cours d'analyse 1821 року Оґюстен-Луї Коші обмірковував змінні величини, нескінченно малі та границі, визначив неперервність , сказавши, що нескінченно мала зміна x обов’язково призводить до нескінченно малої зміни у, при цьому використовував строге визначення епсилон-дельта в доведеннях. У 1861 році Вейєрштрас вперше ввів визначення границі в позначеннях епсилон-дельта у тому вигляді, який зазвичай записують сьогодні. Він також ввів позначення та .
Сучасне позначення з розміщенням стрілки знизу ввів Ґодфрі Гарольд Гарді у своїй книзі «Курс чистої математики» в 1908 році.
Означення
Існує кілька рівносильних визначень границі функції в точці — серед них є сформульовані Коші та Гейне.
Нехай , причому , і — гранична точка множини . У подальшому будемо розглядати функції . Через позначимо -окіл точки :
Означення за Коші
Число називається границею функції в точці , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Позначення:
або
- при .
Під і можна розуміти як «похибку» та «відстань» відповідно. Фактично, Коші використовував як позначення для «похибки» у деяких своїх роботах, а у своєму визначенні неперервності він використовував нескінченно малу , а не чи . У цих позначеннях похибка обчислення значення границі зменшується при зменшенні відстані до граничної точки.
Означення за Гейне
Число називається границею функції в точці , якщо для довільної послідовності , при , що збігається до числа , відповідна послідовність значень функції збіжна і має границею одне і теж саме число .
Односторонні границі
Одностороння границя — це границя функції однієї змінної в деякій точці, коли аргумент прямує до значення аргументу у цій точці окремо зі сторони більших аргументів (правостороння границя), або зі сторони менших аргументів (лівостороння границя).
Означення правосторонньої границі
- Нехай і — гранична точка множини такі, що . Число називається правосторонньою границею функції в точці , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Правосторонню границю прийнято позначати наступним чином:
Означення лівосторонньої границі
- Нехай і — гранична точка множини такі, що . Число називається лівосторонньою границею функції в точці , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Для лівосторонньої границі прийняті такі позначення:
Використовуються також наступні скорочення:
- і для правої границі;
- і для лівої границі.
Якщо обидві односторонні границі існують в точці та рівні в ній, то можна показати, що . Якщо односторонні границі існують в точці , але не рівні, то границі в точці не існує. Якщо будь-яка одностороння границя не існує, то і границі також не існує.
Приклади
Відсутність односторонніх границь
Функція
не має границі в точці (лівостороння границя не існує через коливальний характер функції синуса, а правостороння границя не існує через асимптотичну поведінку оберненої функції), але має границю і кожній іншій точці.
не має границі в жодній точці дійсної прямої.
Нерівність односторонніх границь
Функція
має границю для кожної ненульової точки x (дорівнює 1 для від’ємного x і дорівнює 2 для додатного x). Однак, границі при x = 0 не існує (лівостороння границя дорівнює 1, а правостороння — 2).
Існування границі лише в одній точці
Обидві функції
та
мають границю в точці x = 0 і вона дорівнює 0. В інших точка границі не існує.
Існування границі в зліченній кількості точок
Функція
має границю в будь-якій точці , де .
Границі, пов’язані з нескінченністю
Границя в нескінченності
Границя функції в нескінченності визначає поведінку значень функції, коли модуль її аргумента стає нескінченно великим. Існують різні означення таких границь, але вони рівгосильні між собою.
Границя в нескінченності за Коші
- Нехай , — необмежена зверху множина, . Число називається границею функції при , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Позначення: або при .
- Нехай , — необмежена знизу множина, . Число називається границею функції при , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Позначення: або при .
Границя в нескінченності за Гейне
- Нехай , — необмежена зверху множина, . Число називається границею функції при , якщо для довільної послідовності , яка прямує до при , відповідна послідовність значень функції збіжна і має границею одне і теж саме число .
- Нехай , — необмежена знизу множина, . Число називається границею функції при , якщо для довільної послідовності , яка прямує до при , відповідна послідовність значень функції збіжна і має границею одне і теж саме число .
Нескінченні границі
Для функції, значення якої зростають або спадають безмежно, тобто функція розходиться, звичайна границя не існує. У цьому випадку можна ввести границі з нескінченними значеннями.
Нехай , — гранична точка множини і .
Кажуть, що прямує до плюс нескінченності в точці , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Позначення: або при .
Кажуть, що прямує до мінус нескінченності в точці , якщо для довільного дійсного числа існує дійсне таке, що для будь-якого дійсного з виконується нерівність .
Позначення: або при .
Можна поєднувати ідеї декількох означень границь в точці за Коші природним чином, щоб отримати визначення для різних комбінацій, наприклад
Так само можна поєднувати означення за Гейне.
Приклад:
Властивості
Нехай , — гранична точка , задані функції та існують границі , . Тоді при таких умовах границя функції в точці має наступні властивості:
- Якщо і , то .
- Якщо і , то
- Якщо , то .
- Теорема про арифметичні дії
- ;
- ;
- ;
- Якщо додатково , то
- якщо права частина можлива.
Теорема про арифметичні дії також дійсна для односторонніх границь, у тому числі коли границя дорівнює або . У кожній рівності вище, коли одна з границь праворуч дорівнює або , границя ліворуч іноді все ще може визначатися наступними правилами:
- q + ∞ = ∞ якщо q ≠ −∞
- q × ∞ = ∞ якщо q > 0
- q × ∞ = −∞ якщо q < 0
- q / ∞ = 0 якщо q ≠ ∞ і q ≠ −∞
- ∞q = 0 якщо q < 0
- ∞q = ∞ якщо q > 0
- q∞ = 0 якщо 0 < q < 1
- q∞ = ∞ якщо q > 1
- q−∞ = ∞ якщо 0 < q < 1
- q−∞ = 0 якщо q > 1
Границя композиції функцій
У загальному від того, що
- та ,
не випливає, що , де і , b — гранична точка множини A, a — гранична точка множини B. Це «правило ланцюга» діє, якщо виконується одна з наступних додаткових умов:
- , тобто f неперервна в b;
- , тобто g не приймає значення b поблизу a.
Для прикладу розглянемо таку функцію, яка порушує обидві умови:
Оскільки точка 0 є розривом, який можна (усунути), то
- для всіх .
Таким чином, наївне «правило ланцюга» передбачає, що границя дорівнює 0. Однак
і тому
- для всіх .
Правило Лопіталя
Це правило використовує похідні, щоб розкрити невизначеності вигляду 0/0 або ±∞/∞, і застосовується лише до таких випадків. Нехай f(x) і g(x), визначені на відкритому інтервалі I, що містить граничну точку c, які задовольняють наступні умови:
- або ,
- і диференційовні на ,
- для всіх ,
- існує.
Тоді
- .
Наприклад,
Основні приклади границь функцій в точці
Раціональні функції
Для цілого невід’ємного числа та констант і
- .
Це можна довести, поділивши як чисельник, так і знаменник на . Якщо чисельник є поліномом більшого степеня ніж знаменник, то у цьому випадку раціональна функція прямує до . Якщо знаменник більшого степеня ніж чисельник, то границя дорівнює 0.
Тригонометричні функції
- — перша чудова границя
Експоненціальні функції
Логарифмічні функції
Узагальнення на метричні простори
Нехай , — метричні простори, , — гранична точка множини . Елемент називається границею функції в точці , якщо
Також можна дати інше еквіваленте означення границі в точці для метричних просторів, аналогічне до означення за Гейне, розглянутого вище.
Елемент називається границею функції в точці , для довільної послідовності , при , що збігається до елемента , відповідна послідовність значень функції збіжна і має границею один і той самий елемент .
Найбільш важливими є наступні випадки:
- , — дійсна функція, визначена на множині дійсних чисел;
- , — дійсна функція n-змінних;
- , — векторна функція n-змінних;
- — метричний простір, , — дійсна функція, яка задана на множині метричного простору.
Узагальнення на топологічні простори
Нехай — топологічний простір, — гаусдорфів топологічний простір, , — гранична точка множини . Елемент називається границею функції в точці , якщо
Означення, аналогічне до Гейне вже буде частковим випадком, визначиного вище, а не рівносильним йому.
Вимога, щоб простір Y був гаусдорфовим, може бути послаблена до припущення, що Y є просто топологічним простором, але тоді границя функції може не бути єдиною. Тому вже не можна буде говорити про границю функції в точці, а скоріше про множину границь у точці.
Див. також
- Границя послідовності
- Верхня і нижня границі
- Повторна границя
- Узагальнена послідовність
- Стискна теорема — обчислення границі шляхом обмеження функції між двома іншими функціями
- Нотація Ландау — нотації, що описують асимптотичну поведінку функцій
- Асимптотична рівність
Джерела
- Григорій Михайлович Фіхтенгольц. Курс диференціального та інтегрального числення. — 2024. — 2200+ с.(укр.)
- Дороговцев А. Я. Математичний аналіз. Частина 1. — К. : Либідь, 1993. — 320 с. — .(укр.)
- Дороговцев А. Я. Математичний аналіз. Частина 2. — К. : Либідь, 1994. — 304 с. — .(укр.)
- Завало С. Т. (1972). Елементи аналізу. Алгебра многочленів. Київ: Радянська школа. с. 462. (укр.)
- М.О.Дзедзінський. Математичний Аналіз для студентів. — Листочок.
- Поняття границі функції // Вища математика в прикладах і задачах / Клепко В.Ю., Голець В.Л.. — 2-ге видання. — К. : Центр учбової літератури, 2009. — С. 207. — 594 с.
- Sutherland, W. A. (1975), Introduction to Metric and Topological Spaces, Oxford: Oxford University Press, ISBN
Виноски
- Felscher, Walter (2000), Bolzano, Cauchy, Epsilon, Delta, American Mathematical Monthly, 107 (9): 844—862, doi:10.2307/2695743, JSTOR 2695743
- Grabiner, Judith V. (1983), Who Gave You the Epsilon? Cauchy and the Origins of Rigorous Calculus, American Mathematical Monthly, 90 (3): 185—194, doi:10.2307/2975545, JSTOR 2975545, наявна в Who Gave You the Epsilon? [ 2012-10-04 у Wayback Machine.], сс. 5–13. Також доступна на сторінці http://www.maa.org/pubs/Calc_articles/ma002.pdf
- Sinkevich, G. I. (2017). Historia epsylontyki (PDF). Antiquitates Mathematicae. Cornell University. 10. arXiv:1502.06942. doi:10.14708/am.v10i0.805.
- Burton, David M. (1997), The History of Mathematics: An introduction (вид. Third), New York: McGraw–Hill, с. 558—559, ISBN
- Miller, Jeff (1 грудня 2004), Earliest Uses of Symbols of Calculus, процитовано 18 грудня 2008
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Granicya matematika Granicya funkciyi v tochci granichnij dlya oblasti viznachennya funkciyi nazivayetsya take chislo do yakogo znachennya danoyi funkciyi pryamuye pri spryamuvanni yiyi argumentu do ciyeyi tochki Odne z osnovopolozhnih ponyat matematichnogo analizu x displaystyle x sin xx displaystyle frac sin x x 1 0 841471 0 1 0 998334 0 01 0 999983 Hocha funkciya sin xx displaystyle frac sin x x v nuli ne viznachena prote koli x displaystyle x nablizhayetsya do nulya yiyi znachennya staye yak zavgodno blizkim do 1 Inshimi slovami granicya ciyeyi funkciyi v nuli dorivnyuye 1 IstoriyaNezvazhayuchi na te sho matematichnij analiz rozvivavsya u 17 mu ta 18 mu stolittyah suchasna ideya granici funkciyi pohodit vid Bernard Bolcano yakij u 1817 roci vviv osnovi tehniki epsilon delta dlya viznachennya neperervnih funkcij Prote jogo roboti za zhittya ne buli vidomimi U svoyij knizi Cours d analyse 1821 roku Ogyusten Luyi Koshi obmirkovuvav zminni velichini neskinchenno mali ta granici viznachiv neperervnist y f x displaystyle y f x skazavshi sho neskinchenno mala zmina x obov yazkovo prizvodit do neskinchenno maloyi zmini u pri comu vikoristovuvav stroge viznachennya epsilon delta v dovedennyah U 1861 roci Vejyershtras vpershe vviv viznachennya granici v poznachennyah epsilon delta u tomu viglyadi yakij zazvichaj zapisuyut sogodni Vin takozh vviv poznachennya lim displaystyle lim ta limx x0 displaystyle text lim x to x 0 Suchasne poznachennya z rozmishennyam strilki znizu limx x0 displaystyle lim limits x to x 0 vviv Godfri Garold Gardi u svoyij knizi Kurs chistoyi matematiki v 1908 roci OznachennyaIsnuye kilka rivnosilnih viznachen granici funkciyi v tochci sered nih ye sformulovani Koshi ta Gejne Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R prichomu A displaystyle A neq emptyset i x0 displaystyle x 0 granichna tochka mnozhini A displaystyle A U podalshomu budemo rozglyadati funkciyi f A R displaystyle f A to mathbb R Cherez B x0 d displaystyle B x 0 delta poznachimo d displaystyle delta okil tochki x0 displaystyle x 0 B x0 d x0 d x0 d displaystyle B x 0 delta x 0 delta x 0 delta Oznachennya za Koshi Chislo a displaystyle a nazivayetsya graniceyu funkciyi f displaystyle f v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 isnuye dijsne d gt 0 displaystyle delta gt 0 take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z A B x0 d x0 displaystyle A cap B x 0 delta setminus x 0 vikonuyetsya nerivnist f x a lt e displaystyle f x a lt varepsilon Poznachennya a limx x0f x displaystyle a lim x to x 0 f x abo f x a displaystyle f x to a pri x x0 displaystyle x to x 0 Pid e displaystyle varepsilon i d displaystyle delta mozhna rozumiti yak pohibku ta vidstan vidpovidno Faktichno Koshi vikoristovuvav e displaystyle varepsilon yak poznachennya dlya pohibki u deyakih svoyih robotah a u svoyemu viznachenni neperervnosti vin vikoristovuvav neskinchenno malu a displaystyle alpha a ne e displaystyle varepsilon chi d displaystyle delta U cih poznachennyah pohibka e displaystyle varepsilon obchislennya znachennya granici zmenshuyetsya pri zmenshenni vidstani d displaystyle delta do granichnoyi tochki Oznachennya za Gejne Chislo p displaystyle p nazivayetsya graniceyu funkciyi f displaystyle f v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho dlya dovilnoyi poslidovnosti xn n 1 A displaystyle left x n right n 1 infty subset A xn x0 displaystyle x n neq x 0 pri n N displaystyle n in mathbb N sho zbigayetsya do chisla x0 displaystyle x 0 vidpovidna poslidovnist znachen funkciyi f xn n 1 displaystyle left f left x n right right n 1 infty zbizhna i maye graniceyu odne i tezh same chislo p displaystyle p Odnostoronni graniciDokladnishe Odnostoronnya granicya Odnostoronni granici ne rivni Otzhe granici pri x x0 ne isnuye Odnostoronnya granicya ce granicya funkciyi odniyeyi zminnoyi v deyakij tochci koli argument pryamuye do znachennya argumentu u cij tochci okremo zi storoni bilshih argumentiv pravostoronnya granicya abo zi storoni menshih argumentiv livostoronnya granicya Oznachennya pravostoronnoyi granici Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R i x0 displaystyle x 0 granichna tochka mnozhini A displaystyle A taki sho g gt 0 x0 x0 g A displaystyle exists gamma gt 0 x 0 x 0 gamma subset A Chislo p displaystyle p nazivayetsya pravostoronnoyu graniceyu funkciyi f displaystyle f v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 isnuye dijsne d gt 0 displaystyle delta gt 0 take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z x0 x0 d displaystyle x 0 x 0 delta vikonuyetsya nerivnist f x p lt e displaystyle f x p lt varepsilon Pravostoronnyu granicyu prijnyato poznachati nastupnim chinom limx x0 f x limx x0 0f x limx x0f x limx x0f x displaystyle lim limits x to x 0 f x lim limits x to x 0 0 f x lim x downarrow x 0 f x lim x searrow x 0 f x Oznachennya livostoronnoyi granici Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R i x0 displaystyle x 0 granichna tochka mnozhini A displaystyle A taki sho g gt 0 x0 g x0 A displaystyle exists gamma gt 0 x 0 gamma x 0 subset A Chislo p displaystyle p nazivayetsya livostoronnoyu graniceyu funkciyi f displaystyle f v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 isnuye dijsne d gt 0 displaystyle delta gt 0 take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z x0 d x0 displaystyle x 0 delta x 0 vikonuyetsya nerivnist f x p lt e displaystyle f x p lt varepsilon Dlya livostoronnoyi granici prijnyati taki poznachennya limx x0 f x limx x0 0f x limx x0f x limx x0f x displaystyle lim limits x to x 0 f x lim limits x to x 0 0 f x lim x uparrow x 0 f x lim x nearrow x 0 f x Vikoristovuyutsya takozh nastupni skorochennya f x0 displaystyle f left x 0 right i f x0 0 displaystyle f left x 0 0 right dlya pravoyi granici f x0 displaystyle f left x 0 right i f x0 0 displaystyle f left x 0 0 right dlya livoyi granici Yaksho obidvi odnostoronni granici isnuyut v tochci x0 displaystyle x 0 ta rivni v nij to mozhna pokazati sho limx x0 f x limx x0 f x limx x0f x displaystyle lim limits x to x 0 f x lim limits x to x 0 f x lim limits x to x 0 f x Yaksho odnostoronni granici isnuyut v tochci x0 displaystyle x 0 ale ne rivni to granici v tochci x0 displaystyle x 0 ne isnuye Yaksho bud yaka odnostoronnya granicya ne isnuye to i granici takozh ne isnuye Prikladi Vidsutnist odnostoronnih granic Funkciya bez granici v tochci suttyevogo rozrivu Funkciya f x sin 5x 1 x lt 10 x 10 1x 1 x gt 1 displaystyle f x begin cases sin frac 5 x 1 amp x lt 1 0 amp x 1 frac 0 1 x 1 amp x gt 1 end cases ne maye granici v tochci x0 1 displaystyle x 0 1 livostoronnya granicya ne isnuye cherez kolivalnij harakter funkciyi sinusa a pravostoronnya granicya ne isnuye cherez asimptotichnu povedinku obernenoyi funkciyi ale maye granicyu i kozhnij inshij tochci Funkciya Dirihle D x 1 x Q0 x R Q displaystyle D x begin cases 1 amp x in mathbb Q 0 amp x in mathbb R setminus mathbb Q end cases ne maye granici v zhodnij tochci dijsnoyi pryamoyi Nerivnist odnostoronnih granic Funkciya f x 1 x lt 02 x 0 displaystyle f x begin cases 1 amp x lt 0 2 amp x geqslant 0 end cases maye granicyu dlya kozhnoyi nenulovoyi tochki x dorivnyuye 1 dlya vid yemnogo x i dorivnyuye 2 dlya dodatnogo x Odnak granici pri x 0 ne isnuye livostoronnya granicya dorivnyuye 1 a pravostoronnya 2 Isnuvannya granici lishe v odnij tochci Obidvi funkciyi f x x x Q0 x R Q displaystyle f x begin cases x amp x in mathbb Q 0 amp x in mathbb R setminus mathbb Q end cases ta f x x x Q0 x R Q displaystyle f x begin cases x amp x in mathbb Q 0 amp x in mathbb R setminus mathbb Q end cases mayut granicyu v tochci x 0 i vona dorivnyuye 0 V inshih tochka granici ne isnuye Isnuvannya granici v zlichennij kilkosti tochok Funkciya f x sin x x R Q1 x Q displaystyle f x begin cases sin x amp x in mathbb R setminus mathbb Q 1 amp x in mathbb Q end cases maye granicyu v bud yakij tochci x p2 2pn displaystyle x frac pi 2 2 pi n de n Z displaystyle n in mathbb Z Granici pov yazani z neskinchennistyuGranicya v neskinchennosti Granicya ciyeyi funkciyi pri x displaystyle x to infty isnuye Granicya funkciyi v neskinchennosti viznachaye povedinku znachen funkciyi koli modul yiyi argumenta staye neskinchenno velikim Isnuyut rizni oznachennya takih granic ale voni rivgosilni mizh soboyu Granicya v neskinchennosti za Koshi Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R A displaystyle A neobmezhena zverhu mnozhina f A R displaystyle f A to mathbb R Chislo a displaystyle a nazivayetsya graniceyu funkciyi f displaystyle f pri x displaystyle x to infty yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 isnuye dijsne d displaystyle delta take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z A d displaystyle A cap delta infty vikonuyetsya nerivnist f x a lt e displaystyle f x a lt varepsilon Poznachennya a limx f x displaystyle a lim x to infty f x abo f x a displaystyle f x to a pri x displaystyle x to infty Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R A displaystyle A neobmezhena znizu mnozhina f A R displaystyle f A to mathbb R Chislo a displaystyle a nazivayetsya graniceyu funkciyi f displaystyle f pri x displaystyle x to infty yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 isnuye dijsne d displaystyle delta take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z A d displaystyle A cap infty delta vikonuyetsya nerivnist f x a lt e displaystyle f x a lt varepsilon Poznachennya a limx f x displaystyle a lim x to infty f x abo f x a displaystyle f x to a pri x displaystyle x to infty Granicya v neskinchennosti za Gejne Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R A displaystyle A neobmezhena zverhu mnozhina f A R displaystyle f A to mathbb R Chislo p displaystyle p nazivayetsya graniceyu funkciyi f displaystyle f pri x displaystyle x to infty yaksho dlya dovilnoyi poslidovnosti xn n 1 A displaystyle left x n right n 1 infty subset A yaka pryamuye do displaystyle infty pri n displaystyle n to infty vidpovidna poslidovnist znachen funkciyi f xn n 1 displaystyle left f left x n right right n 1 infty zbizhna i maye graniceyu odne i tezh same chislo p displaystyle p Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R A displaystyle A neobmezhena znizu mnozhina f A R displaystyle f A to mathbb R Chislo p displaystyle p nazivayetsya graniceyu funkciyi f displaystyle f pri x displaystyle x to infty yaksho dlya dovilnoyi poslidovnosti xn n 1 A displaystyle left x n right n 1 infty subset A yaka pryamuye do displaystyle infty pri n displaystyle n to infty vidpovidna poslidovnist znachen funkciyi f xn n 1 displaystyle left f left x n right right n 1 infty zbizhna i maye graniceyu odne i tezh same chislo p displaystyle p Neskinchenni granici Dlya funkciyi znachennya yakoyi zrostayut abo spadayut bezmezhno tobto funkciya rozhoditsya zvichajna granicya ne isnuye U comu vipadku mozhna vvesti granici z neskinchennimi znachennyami Nehaj A R displaystyle A subset mathbb R x0 displaystyle x 0 granichna tochka mnozhini A displaystyle A i f A R displaystyle f A to mathbb R Kazhut sho f displaystyle f pryamuye do plyus neskinchennosti v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla C displaystyle C isnuye dijsne d gt 0 displaystyle delta gt 0 take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z A B x0 d x0 displaystyle A cap B x 0 delta setminus x 0 vikonuyetsya nerivnist f x gt C displaystyle f x gt C Poznachennya limx x0f x displaystyle lim x to x 0 f x infty abo f x displaystyle f x to infty pri x x0 displaystyle x to x 0 Kazhut sho f displaystyle f pryamuye do minus neskinchennosti v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho dlya dovilnogo dijsnogo chisla C displaystyle C isnuye dijsne d gt 0 displaystyle delta gt 0 take sho dlya bud yakogo dijsnogo x displaystyle x z A B x0 d x0 displaystyle A cap B x 0 delta setminus x 0 vikonuyetsya nerivnist f x lt C displaystyle f x lt C Poznachennya limx x0f x displaystyle lim x to x 0 f x infty abo f x displaystyle f x to infty pri x x0 displaystyle x to x 0 Mozhna poyednuvati ideyi dekilkoh oznachen granic v tochci za Koshi prirodnim chinom shob otrimati viznachennya dlya riznih kombinacij napriklad limx f x limx a f x displaystyle lim x to infty f x infty lim x to a f x infty Tak samo mozhna poyednuvati oznachennya za Gejne Priklad limx 0 ln x displaystyle lim x to 0 ln x infty VlastivostiNehaj A R displaystyle A subset mathbb R a displaystyle a granichna tochka A displaystyle A zadani funkciyi f g A R displaystyle f g A to mathbb R ta isnuyut granici limx x0f x displaystyle lim x to x 0 f x limx x0g x displaystyle lim x to x 0 g x Todi pri takih umovah granicya funkciyi v tochci maye nastupni vlastivosti Yaksho limx x0f x a1 displaystyle lim x to x 0 f x a 1 i limx x0f x a2 displaystyle lim x to x 0 f x a 2 to a1 a2 displaystyle a 1 a 2 Yaksho limx x0f x a displaystyle lim x to x 0 f x a i b R a lt b displaystyle b in mathbb R a lt b to d gt 0 x A B x0 d x0 f x lt b displaystyle exists delta gt 0 forall x in A cap B x 0 delta setminus x 0 f x lt b Yaksho x Af x g x displaystyle forall x in A f x leqslant g x to limx x0f x limx x0g x displaystyle lim x to x 0 f x leqslant lim x to x 0 g x Teorema pro arifmetichni diyi C Rlimx x0 Cf x Climx x0f x displaystyle forall C in mathbb R lim x to x 0 Cf x C lim x to x 0 f x limx x0 f x g x limx x0f x limx x0g x displaystyle lim x to x 0 f x g x lim x to x 0 f x lim x to x 0 g x limx x0 f x g x limx x0f x limx x0g x displaystyle lim x to x 0 f x g x lim x to x 0 f x cdot lim x to x 0 g x Yaksho dodatkovo limx x0g x 0 displaystyle lim x to x 0 g x neq 0 to limx x0f x g x limx x0f x limx x0g x displaystyle lim x to x 0 frac f x g x frac lim limits x to x 0 f x lim limits x to x 0 g x limx x0 f x g x limx x0f x limx x0g x displaystyle lim x to x 0 left f x g x right left lim x to x 0 f x right lim limits x to x 0 g x yaksho prava chastina mozhliva Teorema pro arifmetichni diyi takozh dijsna dlya odnostoronnih granic u tomu chisli koli granicya dorivnyuye displaystyle infty abo displaystyle infty U kozhnij rivnosti vishe koli odna z granic pravoruch dorivnyuye displaystyle infty abo displaystyle infty granicya livoruch inodi vse she mozhe viznachatisya nastupnimi pravilami q yaksho q q yaksho q gt 0 q yaksho q lt 0 q 0 yaksho q i q q 0 yaksho q lt 0 q yaksho q gt 0 q 0 yaksho 0 lt q lt 1 q yaksho q gt 1 q yaksho 0 lt q lt 1 q 0 yaksho q gt 1Granicya kompoziciyi funkcij U zagalnomu vid togo sho limy bf y c displaystyle lim y to b f y c ta limx ag x b displaystyle lim x to a g x b ne viplivaye sho limx af g x c displaystyle lim x to a f g x c de f A R displaystyle f A to mathbb R i g B R displaystyle g B to mathbb R b granichna tochka mnozhini A a granichna tochka mnozhini B Ce pravilo lancyuga diye yaksho vikonuyetsya odna z nastupnih dodatkovih umov f b c displaystyle f b c tobto f neperervna v b d gt 0 x B B a d g x b gt 0 displaystyle exists delta gt 0 forall x in B cap B a delta g x b gt 0 tobto g ne prijmaye znachennya b poblizu a Dlya prikladu rozglyanemo taku funkciyu yaka porushuye obidvi umovi f x g x 0 x 01 x 0 displaystyle f x g x begin cases 0 amp x neq 0 1 amp x 0 end cases Oskilki tochka 0 ye rozrivom yakij mozhna usunuti to limx af x 0 displaystyle lim x to a f x 0 dlya vsih a R displaystyle a in mathbb R Takim chinom nayivne pravilo lancyuga peredbachaye sho granicya f f x displaystyle f f x dorivnyuye 0 Odnak f f x 1 x 00 x 0 displaystyle f f x begin cases 1 amp x neq 0 0 amp x 0 end cases i tomu limx af f x 1 displaystyle lim x to a f f x 1 dlya vsih a R displaystyle a in mathbb R Pravilo Lopitalya Dokladnishe Pravilo Lopitalya Ce pravilo vikoristovuye pohidni shob rozkriti neviznachenosti viglyadu 0 0 abo i zastosovuyetsya lishe do takih vipadkiv Nehaj f x i g x viznacheni na vidkritomu intervali I sho mistit granichnu tochku c yaki zadovolnyayut nastupni umovi limx cf x limx cg x 0 displaystyle lim x to c f x lim x to c g x 0 abo limx cf x limx cg x displaystyle lim x to c f x pm lim x to c g x pm infty f displaystyle f i g displaystyle g diferencijovni na I c displaystyle I setminus c g x 0 displaystyle g prime x neq 0 dlya vsih x I c displaystyle x in I setminus c limx cf x g x displaystyle lim x to c frac f prime x g prime x isnuye Todi limx cf x g x limx cf x g x displaystyle lim x to c frac f x g x lim x to c frac f prime x g prime x Napriklad limx 0sin 2x sin 3x limx 02cos 2x 3cos 3x 2 13 1 23 displaystyle lim x to 0 frac sin 2x sin 3x lim x to 0 frac 2 cos 2x 3 cos 3x frac 2 cdot 1 3 cdot 1 frac 2 3 Osnovni prikladi granic funkcij v tochciDokladnishe Spisok granic Racionalni funkciyi Dlya cilogo nevid yemnogo chisla n displaystyle n ta konstant a1 a2 a3 an displaystyle a 1 a 2 a 3 ldots a n i b1 b2 b3 bn displaystyle b 1 b 2 b 3 ldots b n limx a1xn a2xn 1 a3xn 2 anb1xn b2xn 1 b3xn 2 bn a1b1 displaystyle lim x to infty frac a 1 x n a 2 x n 1 a 3 x n 2 a n b 1 x n b 2 x n 1 b 3 x n 2 b n frac a 1 b 1 Ce mozhna dovesti podilivshi yak chiselnik tak i znamennik na xn displaystyle x n Yaksho chiselnik ye polinomom bilshogo stepenya nizh znamennik to u comu vipadku racionalna funkciya pryamuye do displaystyle infty Yaksho znamennik bilshogo stepenya nizh chiselnik to granicya dorivnyuye 0 Trigonometrichni funkciyi limx 0sin xx 1 displaystyle lim x to 0 frac sin x x 1 persha chudova granicya limx 01 cos xx 0 displaystyle lim x to 0 frac 1 cos x x 0 Eksponencialni funkciyi limx 0 1 x 1x limr 1 1r r e displaystyle lim x to 0 1 x frac 1 x lim r to infty left 1 frac 1 r right r e druga chudova granicya limx 0ex 1x 1 displaystyle lim x to 0 frac e x 1 x 1 limx 0eax 1bx ab displaystyle lim x to 0 frac e ax 1 bx frac a b limx 0cax 1bx abln c displaystyle lim x to 0 frac c ax 1 bx frac a b ln c limx 0 xx 1 displaystyle lim x to 0 x x 1 Logarifmichni funkciyi limx 0ln 1 x x 1 displaystyle lim x to 0 frac ln 1 x x 1 limx 0ln 1 ax bx ab displaystyle lim x to 0 frac ln 1 ax bx frac a b limx 0logc 1 ax bx abln c displaystyle lim x to 0 frac log c 1 ax bx frac a b ln c Uzagalnennya na metrichni prostoriNehaj X r displaystyle X rho Y s displaystyle Y sigma metrichni prostori A X displaystyle A subset X x0 displaystyle x 0 granichna tochka mnozhini A displaystyle A Element a Y displaystyle a in Y nazivayetsya graniceyu funkciyi f A Y displaystyle f A to Y v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho e gt 0 d d e gt 0 x A x x0 r x x0 lt d s f x a lt e displaystyle forall varepsilon gt 0 exists delta delta varepsilon gt 0 forall x in A x neq x 0 rho x x 0 lt delta sigma f x a lt varepsilon Takozh mozhna dati inshe ekvivalente oznachennya granici v tochci dlya metrichnih prostoriv analogichne do oznachennya za Gejne rozglyanutogo vishe Element p Y displaystyle p in Y nazivayetsya graniceyu funkciyi f A Y displaystyle f A to Y v tochci x0 displaystyle x 0 dlya dovilnoyi poslidovnosti xn n 1 A displaystyle left x n right n 1 infty subset A xn x0 displaystyle x n neq x 0 pri n N displaystyle n in mathbb N sho zbigayetsya do elementa x0 X displaystyle x 0 in X vidpovidna poslidovnist znachen funkciyi f xn n 1 displaystyle left f left x n right right n 1 infty zbizhna i maye graniceyu odin i toj samij element p displaystyle p Najbilsh vazhlivimi ye nastupni vipadki X Y R displaystyle X Y mathbb R f A R displaystyle f A to mathbb R dijsna funkciya viznachena na mnozhini A displaystyle A dijsnih chisel X Rn Y R displaystyle X mathbb R n Y mathbb R f A R displaystyle f A to mathbb R dijsna funkciya n zminnih X Rn Y Rm displaystyle X mathbb R n Y mathbb R m f A R displaystyle f A to mathbb R vektorna funkciya n zminnih X r displaystyle X rho metrichnij prostir Y R displaystyle Y mathbb R f A R displaystyle f A to mathbb R dijsna funkciya yaka zadana na mnozhini A displaystyle A metrichnogo prostoru Uzagalnennya na topologichni prostoriNehaj X tX displaystyle X tau X topologichnij prostir Y tY displaystyle Y tau Y gausdorfiv topologichnij prostir A X displaystyle A subset X x0 displaystyle x 0 granichna tochka mnozhini A displaystyle A Element a Y displaystyle a in Y nazivayetsya graniceyu funkciyi f A Y displaystyle f A to Y v tochci x0 displaystyle x 0 yaksho Va tY a Va Ux0 tX x0 Ux0 f Ux0 A x0 Va displaystyle forall V a in tau Y a in V a exists U x 0 in tau X x 0 in U x 0 f U x 0 cap A setminus x 0 subset V a Oznachennya analogichne do Gejne vzhe bude chastkovim vipadkom viznachinogo vishe a ne rivnosilnim jomu Vimoga shob prostir Y buv gausdorfovim mozhe buti poslablena do pripushennya sho Y ye prosto topologichnim prostorom ale todi granicya funkciyi mozhe ne buti yedinoyu Tomu vzhe ne mozhna bude govoriti pro granicyu funkciyi v tochci a skorishe pro mnozhinu granic u tochci Div takozhGranicya poslidovnosti Verhnya i nizhnya granici Povtorna granicya Uzagalnena poslidovnist Stiskna teorema obchislennya granici shlyahom obmezhennya funkciyi mizh dvoma inshimi funkciyami Notaciya Landau notaciyi sho opisuyut asimptotichnu povedinku funkcij Asimptotichna rivnistDzherelaGrigorij Mihajlovich Fihtengolc Kurs diferencialnogo ta integralnogo chislennya 2024 2200 s ukr Dorogovcev A Ya Matematichnij analiz Chastina 1 K Libid 1993 320 s ISBN 5 325 00380 1 ukr Dorogovcev A Ya Matematichnij analiz Chastina 2 K Libid 1994 304 s ISBN 5 325 00351 X ukr Zavalo S T 1972 Elementi analizu Algebra mnogochleniv Kiyiv Radyanska shkola s 462 ukr M O Dzedzinskij Matematichnij Analiz dlya studentiv Listochok Ponyattya granici funkciyi Visha matematika v prikladah i zadachah Klepko V Yu Golec V L 2 ge vidannya K Centr uchbovoyi literaturi 2009 S 207 594 s Sutherland W A 1975 Introduction to Metric and Topological Spaces Oxford Oxford University Press ISBN 0 19 853161 3VinoskiFelscher Walter 2000 Bolzano Cauchy Epsilon Delta American Mathematical Monthly 107 9 844 862 doi 10 2307 2695743 JSTOR 2695743 Grabiner Judith V 1983 Who Gave You the Epsilon Cauchy and the Origins of Rigorous Calculus American Mathematical Monthly 90 3 185 194 doi 10 2307 2975545 JSTOR 2975545 nayavna v Who Gave You the Epsilon 2012 10 04 u Wayback Machine ISBN 978 0 88385 569 0 ss 5 13 Takozh dostupna na storinci http www maa org pubs Calc articles ma002 pdf Sinkevich G I 2017 Historia epsylontyki PDF Antiquitates Mathematicae Cornell University 10 arXiv 1502 06942 doi 10 14708 am v10i0 805 Burton David M 1997 The History of Mathematics An introduction vid Third New York McGraw Hill s 558 559 ISBN 978 0 07 009465 9 Miller Jeff 1 grudnya 2004 Earliest Uses of Symbols of Calculus procitovano 18 grudnya 2008