- •§ 3. Основные свойства определителей 3-го порядка.
- •Тогда, используя свойство 5, а затем 4, будем иметь
- •Свойства обратной матрицы
- •Матричный метод решения систем линейных уравнений
- •Алгоритм
- •[Править] Пример
- •Компланарные векторы
- •Бесконечно малая величина
- •[Править] Бесконечно большая величина
- •Предел последовательности и функции. Теоремы о пределах
- •Бесконечно малые функции
- •Свойства бесконечно малых функций
- •Бесконечно большие функции
- •Свойства бесконечно больших функций в точке
- •Пределы функции на бесконечности
- •Определения Править
- •Окрестностное определение Править
- •Определения Править
- •Определения
- •[Править] Односторонний предел по Гейне
- •[Править] Односторонний предел по Коши
- •[Править] Односторонний предел как предел вдоль фильтра
- •[Править] Обозначения
- •Построение асимптот при анализе функций
- •Примеры:
- •Точки разрыва
- •Непрерывность функции в точке
- •Свойства непрерывных функций
- •Свойства непрерывных функций. Непрерывность сложной функции
- •Теоремы о непрерывных функциях
- •Непрерывность обратной функции
- •Непрерывность функций
- •[Править] Доказательство
- •Формулировка
- •[Править] Доказательство для r
- •[Править] Замечания
- •Второй замечательный предел
- •Натуральные логарифмы
- •Свойства Править
- •Дифференцирование сложной функции
- •[Править] Примеры
- •[Править] Свойства
- •[Править] Разложение в степенной ряд
- •Теорема об обратной функции.
- •Теорема (о дифференцировании обратной функции)
- •Примеры
- •Дифференцирование функций заданных параметрически
- •36. Логарифмическое дифференцирование.
- •Правила отыскания производных показательных и логарифмических функций.
- •Производные обратных тригонометрических функций
- •Теорема Ролля
- •Геометрический смысл теоремы Ролля
- •Теорема Лагранжа
- •Геометрический смысл теоремы Лагранжа
- •Теорема Коши
Свойства непрерывных функций
1. Если ф-ция y=f(x) непрерывна на [a,b] и f(a)*f(b)<0, т.е. знаки f(a) и f(b) противоположны, то на (a,b) найдется хотя бы одна точка х=с, что f(c)=0 (график)-теорема Больцана-Коши.
2. Если ф-ция y=f(x) непрерывна на [a,b], то она ограничена на этом промежутке.
3. Если ф-ция y=f(x) непрерывна на [a,b], то она достигает на этом отрезке min m и max M (теорема Вейерштрасса).
в точке:
1. если ф-ция f(x) и g(x) непрерывна в х0, то их сумма, произведение, частное (при φ(х0)≠0) явл. ф-циями, непрерывными в х0
2. если ф-ция y=f(x) непрерывна в х0, и f(x0)>0, то существует окрестность х0, в которой f(x)>0
3. если y=f(U) непрерывна в U0, а U=φ(x) непрерывна в U0=φ(x0), то сложная ф-ция y=f[φ(x)] непрерывна в х0.
Свойства непрерывных функций. Непрерывность сложной функции
Теорема 1. Пусть функции f(x) и g(x) непрерывны в точке х0. Тогда функция f(x) не равная g(x), f(x)g(x) и (если g(x) не равно 0) непрерывны в точке x0.
Доказательство.
Пусть f(x) и g(x) непрерывны в точке x0. Это значит, что . Но тогда, по свойствам пределов
Последнее свойство верно, если .
Пусть y=f(x), но x, в свою очередь, является функцией некоторого аргумента t: x=(t). Тогда комбинация y=f((t)) называется сложной функцией, или суперпозицией функции (t).
Примеры:
а) y=sin(x), x=et => y=sin(et)
б) y= ex , x=sin(t) => y= esin(t)
Теорема о непрерывности сложной функции.
Пусть функция (t) непрерывна в точке t0 и функция f(x) непрерывна в точке х0=(t0). Тогда функция f((t)) непрерывна в точке t0.
Доказательство.
Для доказательства этой теоремы воспользуемся формальным преобразованием двух строчек кванторов. Имеем
Выписывая подчеркнутые кванторы, получим, что
,
что и говорит о том, что f((t)) непрерывна в точке t0.
Обратите внимание на следующие детали:
а) т.к. x=(t), то |(t)-(t0)|< может быть записано как |x-x0|<, и f(x) превращается в F((t));
б) при определении непрерывности (t) в точке t0 в первом кванторе стоит буква . Это необходимо для согласования с квантором в предыдущей строке и взаимного уничтожения . Любая другая буква на этом месте не дала бы верного результата.
Теоремы о непрерывных функциях
Перейдем к доказательству важнейших теорем о непрерывных функциях.
Первая теорема Больцано-Коши.Пусть f(x) определена и непрерывна на отрезке [a,b] и на концах этого отрезка принимает разные по знаку значения.Тогда существует такая точка с принадлежащая [а,b] в которой f(c)=0.
Доказательство.
Пусть, для определенности, f(a)<0, f(b)>0. Ситуация выглядит так:
Для доказательства теоремы снова используем метод деления отрезка пополам.
Деление отрезков пополам.
Разделим отрезок [a, b] пополам. Середина его будет точка . Тогда возможны такие варианты:
а) . В этом случае, взяв , теорему можно считать доказанной.
б) . В этом случае для дальнейшего рассмотрения оставим отрезок , который обозначим [a1, b1].
в) В этом случае для дальнейшего рассмотрения оставим отрезок , который обозначим [a1, b1].
Проделаем такую же процедуру с отрезком [a1, b1], получив отрезок [a2, b2], затем то же самое с отрезком [a2, b2], получив отрезок [a3, b3] и т.д. Заметим, что для дальнейшего рассмотрения все время оставляется тот отрезок, для которого f(an)<0 и f(bn)>0.
Построение точки С.
В результате этой процедуры возможны два варианта.
А. На каком-то шаге n получится, что . В этом случае в качестве точки С следует взять и теорема будет доказана.
Б. .
В этом случае мы получаем систему отрезков [an, bn], для которой
а) [a,b][a1, b1] [a2, b2][a3, b3]…
б)
в)f(an)<0; f(bn)>0
Но тогда, по лемме о вложенных отрезках, существует . Используя непрерывность функции f(x), получим
т.к. всегда было f(an)<0, f(bn)>0. Сравнивая эти два неравенства получим, что f(c)=0, что и требовалось доказать.
Вторая теорема Больцано-Коши. Пустьf(x) определена и непрерывна на отрезке <a,b> и . Тогда m<C<M с<a,b> f(c)=C.
Примечание. Символ < означает любой из двух символов – ( или [, а символ > - любой из двух символов - ) или ]. Таким образом, отрезок <a, b> означает любой из следующих отрезков – [a,b], (a,b], [a,b), или (a,b).
Доказательство.
Так как к супремуму и инфимуму можно подойти сколь угодно близко, то можно утверждать, что
x1<a, b> m<f(x1)<C
x2<a, b> C<f(x2)<M
Очевидно, что отрезок [x1, x2] <a, b>.
Рассмотрим функцию (x)=f(x)-C. Для нее имеем:
(x1)=f(x1)-C<0; (x2)=f(x2)-C>0.
Согласно первой теореме Больцано-Коши, с<a, b>, такая, что (с)=0. Но тогда эта же точка с<a, b> и для нее (с)=f(c)-C=0, т.е. f(c)=C.
Первая теорема Вейерштрасса.
Пусть функция f(x) определена и непрерывна на замкнутом отрезке [a, b]. Тогда она ограничена на этом отрезке, т.е. существуют такие числа m и M, что x принадлежащего [a,b] f(x) больше либо равно m и меньше либо равно M.
Доказательство.
Доказательство этой теоремы проведем методом от противного.
Предположим противное – пусть, например, функция f(x) неограничена сверху.
Построение последовательности. Мы предположили, что f(x) неограничена сверху на [a,b]. Это означает, что для любого числа А найдется такая точка x[a,b], что f(x)>A.
Возьмем в качестве числа А числа 1, 2, 3, 4,… Тогда , что f(xn)>n.Мы получили, таким образом, некоторую последовательность {xn}[a,b] и удовлетворяющую свойству f(xn)>n.
Выделение подпоследовательности. Так как последовательность {xn} ограничена, то по лемме Больцано-Вейерштрасса из нее можно выделить сходящуюся последовательность {xn}, т.е. . В силу замкнутостиотрезка [a, b] точка c [a,b]. (Отметим,что в этом месте используется ограничение теоремы – замкнутость [a,b]. Если бы, например, был (a,b), то с могла бы и не принадлежать (a,b)).
Сведение к противоречию.Т.к. согласно п.1 , то, переходя к пределу kполучим т.е. f(c)=+, что противоречит условию теоремы, где сказано, что f(x) определена на отрезке [a,b],что означает, что f(c) должна иметь конечное значение.
Вторая теорема Вейерштрасса.
Пусть функция f(x) определена и непрерывна на замкнутом отрезке[a,b]. Тогда существуют такие точки x1, x2 принадлежащие [a,b], что , т.е. инфимум и супремум f(x) достигаются на [a,b].
Доказательство.
Докажем теорему только для супремума.
Построение последовательности. По первой теореме Вейерштрасса, f(x) ограничена сверху на [a,b],т.е.
По свойствам супремума, к нему можно подойти сколь угодно близко. Поэтому . Беря n=1,2,3,… получим последовательность {x1, x2, x3,…}такую, что .
Выделение подпоследовательности. Т.к. n a xn b, то по лемме Больцано-Вейерштрасса, из последовательности {xn} можно выделить сходящуюся подпоследовательность такую, что , причем с[a,b] в силу его замкнутости.
Достижение супремума. Для нашей подпоследовательности верно условие
.
4.Переходя к пределу k получим
.
Но , кроме того, в силу непрерывности f(x), . В результате получим, что Mf(c) M, т.е. f(c)=M и супремум f(x) достигается в точке с.