Элементы математического анализа
Тема 2. Предел функции
Понятие предела функции
1.1 Предел функции в точке.
y f(x)
A + e
A
A - e
0 a - D a a + D x
Пусть функция f(x) определена в некоторой окрестности точки х = а (т.е. в самой точке х = а функция может быть и не определена)
Определение. Число А называется пределом функции f(x) при х®а, если для любого e>0 существует такое число D>0, что для всех х таких, что 0<ïx - aï<D
верно неравенствоïf(x) - Aï< e.
То же определение может быть записано в другом виде:
Если а - D < x < a + D, x ¹ a, то верно неравенство А - e < f(x) < A + e.
Запись предела функции в точке: 
Определение. Если f(x) ® A1 при х ® а только при x < a, то 
- называется пределом функции f(x) в точке х = а слева, а если f(x) ® A2 при х ® а только при x > a, то 
называется пределом функции f(x) в точке х = а справа.
у
f(x)
А2
А1
0 a x
Приведенное выше определение относится к случаю, когда функция f(x) не определена в самой точке х = а, но определена в некоторой сколь угодно малой окрестности этой точки.
Пределы А1 и А2 называются также односторонними пределами функции f(x) в точке х = а. Также говорят, что А – конечный предел функции f(x).
12. Предел функции при стремлении аргумента к бесконечности.
Определение. Число А называется пределом функции f(x) при х®¥, если для любого числа e>0 существует такое число М>0, что для всех х, ïхï>M выполняется неравенство
При этом предполагается, что функция f(x) определена в окрестности бесконечности.
Записывают: 
Графически можно представить:
 |
y y
A A
0 0
x x
y y
A A
 |
0 0
x x
Аналогично можно определить пределы 
для любого х>M и
для любого х<M.
13. Основные теоремы о пределах.
Теорема 1. 
, где С = const.
Следующие теоремы справедливы при предположении, что функции f(x) и g(x) имеют конечные пределы при х®а.
Теорема 2. 
Доказательство этой теоремы будет приведено ниже.
Теорема 3. 
Следствие. 
Теорема 4. 
при 
Теорема 5. Если f(x)>0 вблизи точки х = а и , то А>0.
Аналогично определяется знак предела при f(x) < 0, f(x) ³ 0, f(x) £ 0.
Теорема 6. Если g(x) £ f(x) £ u(x) вблизи точки х = а и 
, то и 
.
Определение. Функция f(x) называется ограниченной вблизи точки х = а, если существует такое число М>0, что ïf(x)ï<M вблизи точки х = а.
Теорема 7. Если функция f(x) имеет конечный предел при х®а, то она ограничена вблизи точки х = а.
Доказательство. Пусть , т.е. 
, тогда
или
, т.е.
где М = e + ïАï
Теорема доказана.
Бесконечно малые и бесконечно большие функции.
2.1. Бесконечно малые функции.
Определение. Функция f(x) называется бесконечно малой при х®а, где а может быть числом или одной из величин ¥, +¥ или -¥, если 
.
Бесконечно малой функция может быть только если указать к какому числу стремится аргумент х. При различных значениях а функция может быть бесконечно малой или нет.
Пример. Функция f(x) = xn является бесконечно малой при х®0 и не является бесконечно малой при х®1, т.к. 
.
Теорема. Для того, чтобы функция f(x) при х®а имела предел, равный А, необходимо и достаточно, чтобы вблизи точки х = а выполнялось условие
f(x) = A + a(x),
где a(х) – бесконечно малая при х ® а (a(х)®0 при х ® а).
2.2. Свойства бесконечно малых функций.
1) Сумма фиксированного числа бесконечно малых функций при х®а тоже бесконечно малая функция при х®а.
2) Произведение фиксированного числа бесконечно малых функций при х®а тоже бесконечно малая функция при х®а.
3) Произведение бесконечно малой функции на функцию, ограниченную вблизи точки х = а является бесконечно малой функцией при х®а.
4) Частное от деления бесконечно малой функции на функцию, предел которой не равен нулю есть величина бесконечно малая.
Используя понятие бесконечно малых функций, приведем доказательство некоторых теорем о пределах, приведенных выше.
Доказательство теоремы 2. Представим f(x) = A + a(x), g(x) = B + b(x), где
, тогда
f(x) ± g(x) = (A + B) + a(x) + b(x)
A + B = const, a(х) + b(х) – бесконечно малая, значит
Теорема доказана.
Доказательство теоремы 3. Представим f(x) = A + a(x), g(x) = B + b(x), где
, тогда
A×B = const, a(х) и b(х) – бесконечно малые, значит
Теорема доказана.
