Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
матан2.doc
Скачиваний:
207
Добавлен:
04.03.2016
Размер:
2.58 Mб
Скачать

113

Высшая математика (краткий курс лекций)

ВВЕДЕНИЕ В МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ГЛАВА 1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКИ.

§1. Понятие множества. Некоторые сведения о математической логике.

§2. Числовые множества. Множество действительных чисел.

§3. Числовые промежутки.

§4. Модуль действительного числа.

ГЛАВА 2. ФУНКЦИИ ОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ.

§1. Понятие функции и способы ее задания.

§2. Основные характеристики функций.

§3. Элементарные функции.

§4. Приложение функций в экономике.

ГЛАВА 3. ПРЕДЕЛЫ ЧИСЛОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ И ФУНКЦИЙ

§1. Числовая последовательность и ее предел.

Понятие предела является фундаментальным в математическом анализе. Начальные сведения о пределах встречаются еще в школьном курсе. Например, в алгебре с понятием предела связан вопрос о сумме членов бесконечной убывающей прогрессии, в геометрии – вопрос о вычислении длины окружности, площадей плоских фигур и поверхностей, объемов тел вращения.

В курсе математического анализа с помощью предела вводятся понятия производной, определенного интеграла.

Ознакомимся с понятием числовой последовательности и ее предела.

Определение.Если каждому натуральному числуnпоставлено в соответствие числохn, то говорят, что заданапоследовательность

x1, х2, …, хn = {xn} (1.1)

Общий элемент последовательности является функцией отn.

xn = f(n)

Таким образом, последовательность может рассматриваться как функция порядкового номера элемента.

Задать последовательность можно различными способами – главное, чтобы был указан способ получения любого члена последовательности.

Примеры.

10) {xn} = {3n} или {xn} = 3; 6; 9; 12; …

20) {xn} = {} или {xn} = 1;;;; …

30) {xn} = {(-1)n} или {xn} = -1; 1; -1; 1; …

40) {xn} = {sinpn/2} или {xn} = 1; 0; -1; 0; …

50) {xn} = {6} или {xn} = 6; 6; 6; 6; …

Для последовательностей можно определить следующие операции:

  1. Умножение последовательности на число m:m{xn} = {mxn}, т.е.mx1,mx2, …

  2. Сложение (вычитание) последовательностей: {xn}±{yn} = {xn±yn}.

  3. Произведение последовательностей: {xn}×{yn} = {xn×yn}.

  4. Частное последовательностей: при{yn} ¹ 0.

Замечание.Если переменнаяxn принимает значенияx1, х2, …, хn,…, то говорят, что эта переменная «пробегает» числовую последовательность{xn}. Такую переменную называют «упорядоченной». Часто упорядоченную переменную отождествляют с числовой последовательностью, которую она «пробегает» и обозначаютxn. Переменнаяxn не является непрерывной, она –дискретная.

Заметим, что n(номер) можно увеличивать неограниченно, пишутn→∞и последовательность (1.1) являетсябесконечнойчисловой последовательностью.

Вернемся к рассмотренному примеру 10): {xn} = {3n} или {xn} = 3; 6; 9; 12; … На данном примере можно заметить, что приn→∞переменная величинаxnтоже неограниченно возрастает. Такие величины называют бесконечно большими.

Определение.Переменная величинаxnназывается бесконечно большой, если для любого (сколь угодно большого) М>0 можно найти такой номерn=N,начиная с которого все последующие значения переменной будут удовлетворять неравенству:

|xn| ³M

Рассматривая пример 20), можно заметить, что величинаxn=→ 0 приn → ∞. Такие величины называютсябесконечно малыми.

Рассмотрим еще один пример: {xn} = {} или {xn} = 0;;;

По мере возрастания номера nчлены числовой последовательности приближаются к числу 1. Говорят, что 1 – предел этой числовой последовательности. Точно так же в примере 20) 0 – предел этой последовательности. Кратко это записывается так .

Определение. Окрестностью точкианазывается любой интервал (α, β), содержащий точкуа. В частности, симметричный интервал (а - ε;а+ ε), где ε > 0, называется ε-окрестностью точкиа.

Замечание.х (а - ε;а+ ε)

В общем случае, если последовательность {xn}имеет своим пределом числоа, то это записывают так .

Геометрически это означает, что начиная с некоторого номера n=N,N+1,N+2, …все члены последовательности попадают в ε-окрестность точкиа. (ε – достаточно малое положительное число) или

Последовательности 30),40) не имеют предела (расходятся). Последовательность, которая имеет предел – сходится.

Определение.Числоаназываетсяпределомпоследовательности {xn}, если для любого положительногоe>0 существует такой номерN, что для всехn>Nвыполняется условие:

Это записывается:

В этом случае говорят, что последовательность {xn} сходитсяка приn®¥.

Свойство:Если отбросить какое-либо число членов последовательности, то получаются новые последовательности, при этом если сходится одна из них, то сходится и другая.

Пример.Доказать, что предел последовательностиlim .

Пусть при n>Nверно , т.е.. Это верно при, таким образом, если заNвзять целую часть от, то утверждение, приведенное выше, выполняется.

Пример.Показать, что приn®¥последовательность 3, имеет пределом число 2.

Итого: {xn}= 2 + 1/n; 1/n=xn– 2

Очевидно, что существует такое число n, что, т.е.lim {xn}= 2.

Теорема.Последовательность не может иметь более одного предела.

Доказательство.Предположим, что последовательность {xn}имеет два пределаa иb, не равные друг другу, т.еxn ® a; xn ® b; a ¹ b.

Тогда по определению существует такое число e>0, что

Запишем выражение:

А т.к. e-любое число, то, т.е.a=b. Теорема доказана.

Замечание.Говорят, чтонепрерывнаяпеременнаяха, если эту переменную можно представить как бесконечное число числовых последовательностей, каждая из которых имеет пределом числоа.

Переменная хстремится каслева (справа), если все члены последовательностей, имеющих пределом числоа,

ха-0

ха+0

Переменная х→ +, если для любого сколь угодно большого М>0 найдетсях, начиная с которого все следующие значенияхбудут больше М :х> М их→ -, если для любого сколь угодно большого М>0 найдетсях, начиная с которого все следующие значенияхбудут меньше - М :х<- М. В этих случаях переменнаяхназывается бесконечно большой.