Funktion raja-arvo 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot



Samankaltaiset tiedostot
Funktion derivaatta. Derivaatan määritelmä. Johdanto derivaatan määritelmään

Lukujonon raja-arvo 1/7 Sisältö ESITIEDOT: lukujonot

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

(x 0 ) = lim. Derivoimissääntöjä. Oletetaan, että funktiot f ja g ovat derivoituvia ja c R on vakio. 1. Dc = 0 (vakiofunktion derivaatta) 2.

Matematiikan tukikurssi

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

1 Raja-arvo. 1.1 Raja-arvon määritelmä. Raja-arvo 1

Funktion määrittely (1/2)

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

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Raja arvokäsitteen laajennuksia

monissa laskimissa luvun x käänteisluku saadaan näyttöön painamalla x - näppäintä.

MAA10 HARJOITUSTEHTÄVIÄ

Matematiikan tukikurssi

Reaalifunktiot 1/5 Sisältö ESITIEDOT: funktiokäsite

Matematiikan tukikurssi

Luonnollisten lukujen laskutoimitusten määrittely Peanon aksioomien pohjalta

Derivaatta. Markus Hähkiöniemi Satu Juhala Petri Juutinen Sari Louhikallio-Fomin Erkki Luoma-aho Terhi Raittila Tommi Tikka

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

Eksponenttifunktio ja Logaritmit, L3b

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Kaikkia alla olevia kohtia ei käsitellä luennoilla kokonaan, koska osa on ennestään lukiosta tuttua.

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

Matematiikan tukikurssi 3.4.

Olkoon funktion f määrittelyjoukkona reaalilukuväli (erityistapauksena R). Jos kaikilla määrittelyjoukon luvuilla x 1 ja x 2 on voimassa ehto:

MS-A0104 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ELEC2) MS-A0106 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ENG2)

Johdatus yliopistomatematiikkaan, 2. viikko (2 op)

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 8, ratkaisuista

Epäyhtälön molemmille puolille voidaan lisätä sama luku: kaikilla reaaliluvuilla a, b ja c on voimassa a < b a + c < b + c ja a b a + c b + c.

Matematiikan tukikurssi

1.4 Funktion jatkuvuus

Derivaatta. Joukko A C on avoin, jos jokaista z 0 A kohti on olemassa ǫ > 0: jos z z 0 < ǫ, niin z A. f : A C on yksiarvoinen.

Induktio kaavan pituuden suhteen

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Matematiikan tukikurssi

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Esimerkkejä derivoinnin ketjusäännöstä

Derivaatta, interpolointi, L6

Derivaatan sovelluksia

Luvuilla laskeminen. Esim. 1 Laske

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

2 Funktion derivaatta

5 Differentiaalilaskentaa

1. Olkoot f ja g reaalifunktioita. Mitä voidaan sanoa yhdistetystä funktiosta g f, jos a) f tai g on rajoitettu? b) f tai g on jaksollinen?

Diskreetti derivaatta

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus

5. Potenssisarjat 5.1. Määritelmä ja suppeneminen

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

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

Fysiikan matematiikka P

cos x cos 2x dx a) symbolisesti, b) numeerisesti. Piirrä integroitavan funktion kuvaaja. Mikä itse asiassa on integraalin arvo?

MAT Laaja Matematiikka 1U. Hyviä tenttikysymyksiä T3 Matemaattinen induktio

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

k-kantaisen eksponenttifunktion ominaisuuksia

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

Matematiikan peruskurssi 2

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 4

Yleisiä integroimissääntöjä

0. Kertausta. Luvut, lukujoukot (tavalliset) Osajoukot: Yhtälöt ja niiden ratkaisu: N, luonnolliset luvut (1,2,3,... ) Z, kokonaisluvut

Reaaliluvut 1/7 Sisältö ESITIEDOT:

4 Vektorin komponenttiesitys

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

1. Murtoluvut, murtolausekkeet, murtopotenssit ja itseisarvo

1.1. YHDISTETTY FUNKTIO

2 Funktion derivaatta

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia

MIKROTEORIA 1, HARJOITUS 1 BUDJETTISUORA, PREFERENSSIT, HYÖTYFUNKTIO JA VALINTA

1 Kompleksiluvut. Kompleksiluvut 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 7

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia. 1. Tarkastellaan väitettä

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

Sini- ja kosinifunktio

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

jakokulmassa x 4 x 8 x 3x

Reaaliarvoisen yhden muuttujan funktion derivaatta LaMa 1U syksyllä 2011

Kompleksiluvut 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaaliluvut

6.8 Erityisfunktioiden sovelluksia

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

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

1.1 Vektorit. MS-A0007 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n. 1. Vektorit ja kompleksiluvut

sin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2

Monisteessa määritellään integraalifunktio ja esitetään perusominaisuuksia. Tässä pari esimerkkiä. = x x3 + 2 x + C.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

a b c d

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

Matematiikan tukikurssi

6 Joitain erityisfunktioita

Pyramidi 9 Trigonometriset funktiot ja lukujonot HK1-1. Dsin3 x. 3cos3x. Dsinx. u( x) sinx ja u ( x) cosx. Dsin. Dsin

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 6: Alkeisfunktioista

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Aluksi Kahden muuttujan lineaarinen epäyhtälö

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

Reaalifunktioista 1 / 17. Reaalifunktioista

Transkriptio:

Funktion raja-arvo 1/6 Sisältö Esimerkki funktion raja-arvosta Lauseke f() = 1 cos määrittelee reaauuttujan reaaliarvoisen funktion f, jonka lähtöjoukko muodostuu nollasta eroavista reaaliluvuista. Periaatteessa f(0) voidaan määritellä miten tahansa. Luontevaa kuitenkin on ensin tutkia, miten funktio f kättät, kun on lähellä origoa. Jos funktion arvot lähestvät jotakin kiinteää arvoa, kun lähest origoa, kseistä arvoa sanotaan funktion raja-arvoksi origossa. Tällöin on mös luontevaa määritellä f(0) juuri täksi arvoksi (jolloin funktiosta f tulee jatkuva funktio). Numeeriset kokeilut antavat seuraavat tulokset: funktio funktio (reaali-) lähtöjoukko jatkuvuus = ±0.5, f()=0.48966975; = ±0.05, f()= 0.49989584; = ±0.005, f()= 0.499998958; = ±0.0005, f()= 0.499999989. Nättäisi siis, että funktion raja-arvo origossa on = 1. (Numeerisissa kokeiluissa on tosin oltava varovainen, koska pöristsvirheet voivat llättäen aiheuttaa jopa täsin virheellisiä tuloksia.) Esimerkin tapauksessa raja-arvo todellakin on = 1 ja merkitään pöristsvirhe 1 cos = 1 0.

Funktion raja-arvo /6 Sisältö Funktion raja-arvon määritelmä Yleisesti reaalifunktion raja-arvon käsite määritellään seuraavalla tavalla: Jotta funktion f raja-arvo pisteessä a olisi b (merkitään a f() =b), on tilanteen oltava sellainen, että asetetaanpa miten tiukka etäissvaatimus tahansa, funktion arvot ovat tätä etäisttä lähempänä arvoa b, kun muuttuja rajoitetaan riittävän lähelle tarkastelukohtaa a. Mitä tiukempi etäissvaatimus on, sitä pienempään pisteen a mpäristöön muuttuja on leensä rajoitettava. Jokaista positiivista etäissknnstä vastaa kuitenkin aina jokin, ehkä hvinkin pieni alue pisteen a mpärillä, jossa vaatimus toteutuu. Funktion arvosta pisteessä a ei tällöin vaadita mitään; funktion ei tarvitse edes olla tässä pisteessä määritelt. Täsmällisemmin lausuttuna edellä oleva voidaan ilmaista seuraavasti: Funktion f raja-arvo pisteessä a on b, jos jokaista etäissknnstä ɛ (> 0) kohden on olemassa pisteen a mpäristöä rajaava luku δ (mös > 0) siten, että f() b <ɛ, kun a <δja a. Itseisarvolausekkeet a ja f() b on stä mieltäälukujen jaa, vastaavasti f() ja b välisiksi etäisksiksi. funktio (reaali-) itseisarvo (reaaliluvun) f(a) ɛ b a δ

Funktion raja-arvo 3/6 Sisältö Toispuoliset raja-arvot; raja-arvo ja raja-arvo äärettömdessä Funktio saattaa kättätä mös siten, että muuttujan lähestessä kohtaa a sen arvot lähestvät eri arvoja riippuen siitä kummalta puolen lähest arvoa a. Tällaisessa tilanteessa puhutaan funktion oikeanpuolisesta ja vasemmanpuolisesta raja-arvosta. Näitä merkitään f() ja f(), a+ a jolloin luvun a perässä oleva plusmerkki tarkoittaa oikeanpuolista, miinusmerkki vasemmanpuolista lähestmistä. Esimerkki tällaisesta funktiosta on arctan(1/) origossa, jolle arcus-funktio arctan(1/) = π ja arctan(1/) 0+ 0 = π. π = arctan (1/) 1 1 π Funktion raja-arvoa voidaan tarkastella mös, kun muuttuja lähest ääretöntä positiivisessa tai negatiivisessa suunnassa. Tällöin merkitään f() =b tai f() =b. Missä tahansa rajaprosessissa funktion arvot voivat mös lähestä positiivista tai negatiivista ääretöntä (jolloin raja-arvon ei sanota olevan olemassa, koska se ei ole (äärellinen) reaaliluku). Merkinnät ovat ilmeiset: f() =, a f() =, jne.

Funktion raja-arvo 4/6 Sisältö Funktioiden raja-arvon laskeminen Funktioiden raja-arvojen ja lukujonojen raja-arvojen laskeminen on usein hvin samantppistä. Pohjana ovat itsestään selvien (ts. määritelmän perusteella selvien) tulosten ohella summan, erotuksen, tulon ja osamäärän raja-arvoa koskevat lauseet ja tunnetut funktioiden ominaisuudet. Viimeksi mainittuja ovat mm. tiedot alkeisfunktioiden jatkuvuudesta ja edempänä mainitut standardiraja-arvot (jotka todistetaan suoraan määritelmään vedoten). Samat varovaisuusvaatimukset itsestään selvksien osalta kuin lukujonojen raja-arvoja laskettaessa on tietenkin otettava huomioon. Raja-arvon laskemisessa tarvitaan usein seuraavia kaavoja, joissa oletetaan, että funktioiden f ja g raja-arvot a f() ja a g() ovat olemassa: raja-arvo (lukujonon) alkeisfunktio jatkuvuus (f() ± g()) = f() ± g(); a a a (cf()) = c f() (cvakio); a a (f()g()) = f() g(); a a a a f() g() = a f() a g(). Osamäärää koskevassa kaavassa tulee luonnollisesti nimittäjien olla 0.

Funktion raja-arvo 5/6 Sisältö Esimerkkejä funktioiden raja-arvoista Samantppinen tekniikka kuin lukujonojen raja-arvojen laskemisessa soveltuu usein mös funktioiden raja-arvoille. Raja-arvoista voi mös saada tietoa piirtämällä esimerkiksi laskimella tai tietokoneella funktioiden kuvaajia pöristsvirheiden aiheuttamia häiriöitä varoen. 1) Olkoon a>0.kun a, saa seuraava lauseke muodon 0/0, jolloin sen raja-arvoa ei voida suoraan päätellä. Laventaminen sopivasti johtaa kuitenkin tulokseen: a a = ( a)( + a) ( a)( + a) = 1 1 + a a a. Laskun viimeisessä vaiheessa on kätett tietoa neliöjuurifunktion jatkuvuudesta. raja-arvo (lukujonon) kuvaaja ) Funktio f() =sin(1/) on määritelt, kun 0. Koska sinifunktion arvot sini ovat argumentista riippumatta itseisarvoltaan 1, on ilmeisestikin 0 sin(1/) = sin(1/). Jos nt 0, puristuu funktion arvo nollan ja nollaa lähestvän lausekkeen väliin, jolloin tulee olla 0 sin(1/) =0. (Kuva alempana.) 3) Funktiolla f() = sin(1/) ei ole raja-arvoa origossa eikä edes eri suuria oikean- ja vasemmanpuolisia raja-arvoja. Kuten oheinen kuva nättää, funktio heilahtelee sitä tiheämmin arvojen 1 ja 1 välillä, mitä lähempänä origoa ollaan. = 1 = = sin (1/) 1 1 1 =sin(1/) 1 pöristsvirhe laventaminen neliöjuurifunktio jatkuvuus

Funktion raja-arvo 6/6 Sisältö Funktioiden standardiraja-arvoja Seuraavista raja-arvoista kolme ensimmäistä muodostavat pohjan kseessä olevien alkeisfunktioiden derivaattojen johtamiselle. Neljäs osoittaa, että eksponenttifunktio kasvaa nopeammin kuin mikä tahansa muuttujan potenssi. e 1 0 0 0 =1; ln(1 + ) =1; sin =1; e =, p pluonnollinen luku. Kolmannessa, siniä koskevassa kaavassa on argumentin oltava radiaaneissa. Raja-arvo voidaan tietenkin laskea mös siten, että lausutaan asteissa; tällöin se ei kuitenkaan ole 1. Ensimmäinen kaava johtaa siihen, että eksponenttifunktion derivaatta on se itse (ks. alkeisfunktioiden derivointia). Kaava puolestaan on seuraus Neperin luvun määritelmästä, kuten seuraava osoittaa. Merkitsemällä t =1/ saadaan ln(1 + ) ( = t ln 1+ 1 ) ( =ln 1+ 1 t. t t) raja-arvo (standardi-, lukujonon) derivointi (alkeisfunktioiden) eksponenttifunktio logaritmifunktio potenssifunktio sini radiaani aste Neperin luku Jos 0, niin t ±. Neperin luvun määritelmästä seuraa, että t (1 + 1/t) t = e; pieni lisäpäättel osoittaa, että näin on mös, jos t.eo. lausekkeen raja-arvo on siis ln e =1, kun 0, ja toinen kaava on todistettu. Ensimmäinen kaava voidaan palauttaa tähän merkitsemällä = e 1 eli = ln(1 + ), jolloin 0, jos ja vain jos 0. Tällöin e 1 = 1. ln(1 + ) Huomattakoon, että eo. päättelissä nojaudutaan tietoon eksponentti- ja logaritmifunktioiden jatkuvuudesta: Esimerkiksi tiedosta (1 + 1/t) t e seuraa jatkuvuus ln[(1 + 1/t) t ] ln e vain, jos logaritmifunktio tiedetään jatkuvaksi pisteessä e. Kolmannen ja neljännen kaavan johtoa ei tässä lähemmin käsitellä.