Toispuoleiset raja-arvot

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Seurauksia. Seuraus. Seuraus. Jos asteen n polynomilla P on n erisuurta nollakohtaa x 1, x 2,..., x n, niin P on muotoa

Sinin jatkuvuus. Lemma. Seuraus. Seuraus. Kaikilla x, y R, sin x sin y x y. Sini on jatkuva funktio.

Funktiot. funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina.

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 3: Jatkuvuus

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

Reaaliarvoisen yhden muuttujan funktion raja arvo LaMa 1U syksyllä 2011

Injektio (1/3) Funktio f on injektio, joss. f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D(f )

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

5 Differentiaalilaskentaa

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

1. Olkoon f :, Ratkaisu. Funktion f kuvaaja välillä [ 1, 3]. (b) Olkoonε>0. Valitaanδ=ε. Kun x 1 <δ, niin. = x+3 2 = x+1, 1< x<1+δ

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

Kuinka määritellään 2 3?

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Syksy Osoita täsmällisesti perustellen, että joukko A = x 4 ei ole ylhäältä rajoitettu.

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 4: Derivaatta

0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Matematiikan tukikurssi

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Reaalilukuvälit, leikkaus ja unioni (1/2)

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

Analyysi I (mat & til) Demonstraatio IX

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Matematiikan peruskurssi 2

Äärettömät raja-arvot

Funktioista. Esimerkki 1

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

Ennakkotehtävän ratkaisu

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

1 Reaaliset lukujonot

Oletetaan, että funktio f on määritelty jollakin välillä ]x 0 δ, x 0 + δ[. Sen derivaatta pisteessä x 0 on

MAT Laaja Matematiikka 1U. Hyviä tenttikysymyksiä T3 Matemaattinen induktio

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Lebesguen mitta ja integraali

Diskreetti derivaatta

Matemaattisen analyysin tukikurssi

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Luku 2. Jatkuvien funktioiden ominaisuuksia.

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.

[E : F ]=[E : K][K : F ].

Ortogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle

Konvergenssilauseita

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Reaaliluvut. tapauksessa metrisen avaruuden täydellisyyden kohdalla. 1 fi.wikipedia.org/wiki/reaaliluku 1 / 13

Funktion raja-arvo. lukumäärien tutkiminen. tutkiminen

Käänteismatriisi 1 / 14

1 Supremum ja infimum

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset

Tenttiin valmentavia harjoituksia

Algebra I, harjoitus 5,

Topologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

Sisältö. Funktiot 12. syyskuuta 2005 sivu 1 / 25

Diofantoksen yhtälön ratkaisut

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Matematiikan tukikurssi

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 6. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 6 () Numeeriset menetelmät / 33

1.4 Funktion jatkuvuus

Funktiot ja raja-arvo. Pekka Salmi

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA II BASICS OF NUMBER THEORY PART II

Perustehtävät. Kompleksitehtävät, 10/9/2005, sivu 1 / 10. Tehtävä 1. Sievennä 1.

2 Funktion derivaatta

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

Täydellisyysaksiooman kertaus

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Todistus. Eliminoidaan Euleideen algoritmissa jakojäännökset alhaaltaylöspäin.

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 4 Maanantai

Matemaattisen analyysin tukikurssi

TAMPEREEN YLIOPISTO Luonnontieteiden kandidaatin tutkielma. Mika Kähkönen. L'Hospitalin sääntö

Luuppien ryhmistä Seminaariesitelmä Miikka Rytty Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2006

Ensimmäinen induktioperiaate

Ensimmäinen induktioperiaate

8 Potenssisarjoista. 8.1 Määritelmä. Olkoot a 0, a 1, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.1. Muotoa

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

x 7 3 4x x 7 4x 3 ( 7 4)x 3 : ( 7 4), 7 4 1,35 < ln x + 1 = ln ln u 2 3u 4 = 0 (u 4)(u + 1) = 0 ei ratkaisua

Johdatus matematiikkaan

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

3 Lukujonon raja-arvo

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

Matematiikan peruskurssi 2

Algebra 1, harjoitus 9, h = xkx 1 xhx 1. a) Käytetään molemmissa tapauksissa isomorfialausetta. Tarkastellaan kuvauksia

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

Transkriptio:

Toispuoleiset raja-arvot Määritelmä Funktiolla f on oikeanpuoleinen raja-arvo a R pisteessä x 0 mikäli kaikilla ɛ > 0 löytyy sellainen δ > 0 että f (x) a < ɛ aina kun x 0 < x < x 0 + δ; ja vasemmanpuoleinen raja-arvo mikäli kaikilla ɛ > 0 löytyy sellainen δ > 0 että f (x) a < ɛ aina kun x 0 δ < x < x 0. Funktion f oikeanpuoleista raja-arvoa pisteessä x 0 merkitään ja vasemmanpuoleista raja-arvoa lim f (x) x x 0 + lim f (x). x x 0 Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 156 / 186

Raja-arvo vs toispuoleinen raja-arvo 1 a = lim x x0 f (x) tarkoittaa että ɛ > 0, δ > 0, 0 < x x 0 < δ = f (x) a < ɛ. 2 a = lim f (x) tarkoittaa että x x 0 + ɛ > 0, δ > 0, x 0 < x < x 0 + δ = f (x) a < ɛ. 3 a = lim f (x) tarkoittaa että x x 0 ɛ > 0, δ > 0, x 0 δ < x < x 0 = f (x) a < ɛ. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 157 / 186

Esimerkki toispuoleisista raja-arvoista 3 2 f (x) 1 1 2 3 4 lim f (x) = 1 mutta lim f (x) = 2 x 2 x 2+ Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 158 / 186

Ei raja-arvoa Olkoon f (x) = { 1, x < 2 2, x 2. Olkoon a R mielivaltainen ja osoitetaan että lim x 2 f (x) a. Nyt a 1 1 2 tai a 2 1 2. Tapaus a 1 1 2 : Valitaan ɛ = 1 4. Kaikilla δ > 0 löytyy sellainen x 1 että 2 δ < x 1 < 2. Tällöin x 1 2 < δ mutta f (x 1 ) a = 1 a 1 2 > ɛ. Siis lim x 2 f (x) a. Tapaus a 2 1 2 vastaavasti. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 159 / 186

Toispuoleiset raja-arvot yhtäsuuret Lause Todistus. lim f (x) = a x x 0 lim x x 0 + f (x) = a = lim f (x). x x 0 = Olkoon ɛ > 0. Koska lim x x0 f (x) = a on olemassa sellainen δ > 0 että 0 < x x 0 < δ = f (x) a < ɛ. Koska x 0 < x < x 0 + δ = 0 < x x 0 < δ seuraa että lim x x0 + f (x) = a. Vasemmanpuoleinen tapaus vastaava. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 160 / 186

Todistus toiseen suuntaan Todistus. = Olkoon ɛ > 0. Koska lim x x0 + f (x) = a ja lim x x0 f (x) = a on olemassa sellaiset δ 1, δ 2 > 0, että x 0 < x < x 0 + δ 1 = f (x) a < ɛ ja x 0 δ 2 < x < x 0 = f (x) a < ɛ. Asetetaan δ = min{δ 1, δ 2 }. Tällöin 0 < x x 0 < δ = x 0 < x < x 0 + δ 1 tai x 0 δ 2 < x < x 0 ja molemmissa tapauksissa f (x) a < ɛ. Siis lim x x0 f (x) = a. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 161 / 186

Milloin raja-arvoa ei ole olemassa? 1 Kun toispuoleiset raja-arvot ovat olemassa, mutta ovat erisuuret. Tällaisessa kohdassa funktio hyppää. 2 Kun toispuoleisia raja-arvoja ei edes ole olemassa tai vain toinen on. Huomautus Myöhemmin erotellaan vielä omiksi tapauksikseen, että raja-arvo on jossain pisteessä + tai. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 162 / 186

Toispuoleistakaan raja-arvoa ei ole olemassa 1 sin(1/x) Funktio ( 1 ) f (x) = sin x x 0 oskiloi voimakkaasti pisteen 0 läheisyydessä, joten raja-arvoa ei ole olemassa. ( 1 ) lim sin x 0+ x Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 163 / 186

Raja-arvon jonokarakterisaatio Lause Olkoon f : M R määritelty pisteen x 0 läheisyydessä ja olkoon a R. Seuraavat väitteet yhtäpitäviä 1 lim x x0 f (x) = a 2 aina kun (x n ) n=1 M \ {x 0} ja lim n x n = x 0, niin lim n f (x n) = a. Funktion raja-arvon laskusäännöt voi johtaa jonon raja-arvon vastaavista säännöistä, käyttämällä edeltävää lausetta. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 164 / 186

Jonokarakterisaation perustelu Todistus. (1) = (2): Oletetaan että (x n ) M \ {x 0 } ja x n x 0. Tehtävänä on osoittaa että f (x n ) a. Olkoon ɛ > 0. Koska (1) pätee, niin on olemassa sellainen δ > 0 että 0 < x x 0 < δ = f (x) a < ɛ. ( ) Koska x n x 0, niin on olemassa sellainen N Z +, että n N = x n x 0 < δ. Koska x n x 0 kaikilla n, niin 0 < x n x 0 < δ kaikilla n N. Ehdon ( ) nojalla n N = f (x n ) a < ɛ. Siis lim n f (x n ) = f (a). Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 165 / 186

Todistus jatkuu. (2) = (1): Oletetaan että (1) ei päde. Tällöin on olemassa sellainen ɛ > 0, että kaikilla δ > 0 löytyy sellainen x δ, että 0 < x δ x 0 < δ mutta f (x δ ) a ɛ. Erityisesti kaikilla n = 1, 2,..., on olemassa sellainen x n että 0 < x n x 0 < 1 n mutta f (x n ) a ɛ. Ehdosta 0 < x n x 0 < 1 n seuraa, että x n x 0 kun n. Toisaalta f (x n ) a ɛ kaikilla n, joten f (x n ) a kun n. Täten väite (2) ei ole voimassa. Siis väitteestä (2) seuraa väite (1). Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 166 / 186

Raja-arvon laskusääntöjä Lause Olkoot f ja g funktioita, joilla on olemassa raja-arvot a = lim x x0 f (x) ja b = lim x x0 g(x), ja olkoon c R vakio. Tällöin ( ) ( 1 lim f (x) + g(x) = a + b = lim f (x) ) + ( lim g(x) ) x x0 x x0 x x0 2 lim cf (x) = ca = c lim f (x) x x0 x x0 3 lim f (x) = a = lim f (x) x x0 x x0 ( ) ( 4 lim f (x)g(x) = ab = lim f (x) )( lim g(x) ) x x0 x x0 x x0 f (x) 5 lim x x0 g(x) = a lim f (x) b = x x0 olettaen että b 0. lim g(x) x x 0 Erityisesti raja-arvot yhtälöiden vasemmilla puolilla ovat olemassa. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 167 / 186

Polynomien ja rationaalifunktioiden raja-arvot Lause Kaikilla a,b, x 0 R pätee lim ax + b = ax 0 + b. x x 0 Huomautus: vertaa edellistä tulosta esimerkkiin 2x + 1. Edellinen lause on yksinkertainen mutta hyödyntämällä raja-arvon laskusääntöjä, sen avulla saadaan pääteltyä seuraava paljon vahvempi tulos. Lause Olkoon P ja Q polynomeja ja x 0 R. Tällöin P(x) lim P(x) = P(x 0 ) ja lim x x 0 x x0 Q(x) = P(x 0) Q(x 0 ) kun Q(x 0 ) 0. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 168 / 186

Laskuesimerkki Lasketaan funktion raja-arvo pisteessä 2. f (x) = x 2 x 2 + x 6 x 2 x 2 +x 6 Funktion f (x) = luonnollinen määritysjoukko on R \ { 3,2} sillä x 2 + x 6 = (x + 3)(x 2). Funktiota f ei siis ole määritelty pisteessä x = 2. Voidaan kuitenkin tutkia f :n raja-arvoa pisteessä x = 2. Nyt lim f (x) = lim x 2 x 2 x 2 x 2 + x 6 = lim x 2 Mikä on f :n raja-arvo pisteessä x = 3? x 2 (x + 3)(x 2) = lim x 2 1 x + 3 = 1 5. Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 169 / 186

Puristuslause eli suppiloperiaate Seuraavan lauseen avulla voi laskea useita raja-arvoja. Lause Olkoot f, g ja h funktioita joille päätee 1 f (x) g(x) h(x) aina kun 0 < x x 0 < r 2 lim x x0 f (x) = lim x x0 h(x) =: a. Tällöin funktiolla g on raja-arvo pisteessä x 0 ja lim g(x) = a. x x 0 Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 170 / 186

Suppiloperiaatteen sovellus Tutkitaan uudelleen aikaisempaa esimerkkiä ( 1 ) lim x sin. x 0 x Nyt ( 1 ) x x sin x kaikilla x R. x Lisäksi Täten suppiloperiaatteen nojalla lim x = 0 ja lim x = 0. x 0 x 0 ( 1 ) lim x sin = 0. x 0 x Pekka Salmi FUNK 12. lokakuuta 2018 171 / 186