9. Функции одной и нескольких переменных. Кривые спроса и предложения. Предел…

1.1. Понятие функции одной переменной

Рассмотрим два числовых мн-ва X и Y. Правило f, по которому каждому числу хI Х ставится в соответствие единственное число yI Y, называется числовой функцией, заданной на множестве Х и принимающей значения во множестве Y.

Таким образом, задать функцию, значит задать три объекта:

1) мн-во Х (область определения функции);

2) мн-во Y (область значений функции);

3) правило соответствия f (сама функция).

Например, поставим в соответствие каждому числу его куб. Математически это можно записать формулой y=x³. В этом случае правило f есть возведение числа х в третью степень. В общем случае, если каждому х по правилу f соответствует единственный y, пишут y = f(x). Здесь "х" называют независимой переменной или аргументом, а "y" -зависимой переменной (т.к. выражение типа x³ само по себе не имеет определенного числового значения пока не указано значение х) или функцией от х. О величинах х и y говорят, что они связаны функциональной зависимостью. Зная все значения х и правило f можно найти все значения у. Например, если х=2, то функция f(x) =x³ принимает значение у= f(2) =2³ =8.

1.2. Способы задания функции одной переменной

Существуют несколько способов задания функции.

Аналитический способ. Функция f задается в виде формулы y=f(x). Например, y=3cos(x)+2x². Этот способ является преобладающим в математических исследованиях и подробно рассматривается в классическом курсе математики. В географических исследованиях соответствие между переменными величинами x и y не всегда удается записать в виде формулы. Во многих случаях формула бывает неизвестна. Тогда для выражения функциональной завис-ти используются другие способы.

Графический способ. На метеорологических станциях можно наблюдать работу приборов-самописцев, регистрирующих величины атмосферного давления, температуры воздуха, его влажности в любой момент времени суток. По полученному графику можно определить значения указанных величин в любой момент времени. Графиком функции y=f(x) называется мн-во всех точек плоскости с координатами (x, f(x)). График содержит всю информацию о функции. Имея перед собой график, мы как бы "видим функцию".

Табличный способ. Этот способ является наиболее простым. В одной строке таблицы записываются все значения аргумента (числа), а в другой – значения f(x), соответствующие каждому х. Например, завис-ть температуры воздуха (Т) от времени суток (t) в определенный день можно представить таблицей.

 

t	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
T,^0С	12	11	10	9	8	7	8	10	12	14	16	17

Функции нескольких переменных

Определение. Если каждой паре (x,y) значений двух независимых переменных из области  ставится определенное значение z, то говорят, что z есть функция двух переменных (x,y)

Геометрическое изображение функции двух переменных - поверхность.

1. Частное и полное приращение функции.

Полное приращение функции

Предел функции.

Пусть z=f(x,y) определена в некоторой окрестности A(x₀,y₀).

Определение. Постоянное число b называют пределом z=f(x,y) при P(x,y) стремящемся к A, если для любого  > 0 можно указать такое значение  > 0, что для всех x, удовлетворяющих неравенству AP < , имеет место неравенство f(x,y)b < .

Кривая спроса

График спроса (Кривая спроса) — отношение между рыночной ценой товара и денежным выражением спроса на неё.

Кривая спроса показывает вероятное количество товара, который удаётся продать за определенное время и по определённой цене. Чем эластичнее спрос, тем выше цена может быть установлена на товар. Эластичность спроса — это реакция рынка на отсутствие товара, возможность его замены, цену конкурентов, понижение цен, нежелание покупателей менять свои потребительские привычки и искать более дешёвые товары, повышение качества товаров, естественный рост инфляции на другие факторы.

Кривая предложения

График предложения (кривая предложения) показывает соотношение между рыночными ценами и количеством товаров, которые производители желают предложить.

Основной фактор, влияющий на движение кривой предложения — это издержки производства. Как известно товары, изготавливаются фирмами ради прибыли. Например, фермы выращивают пшеницу. Они выращивают пшеницы больше, так как на данный момент пшеницу выгоднее продать, чем другую культуру. И наоборот.

Основной фактор, влияющий на движение кривой предложения — это технический прогресс. Новый посевной материал, более эффективный трактор, лучшая компьютерная программа севооборота — всё это позволяет фермеру снизить затраты производства и изменить предложение своего товара. Производственные затраты — ключевой элемент долговременного действия на «кривую предложения».

Предел — одно из основных понятий математического анализа. Различают предел последовательности и предел функции.

Понятие предела на интуитивном уровне использовалось ещё во второй половине XVII века Ньютоном, а также математиками XVIII века, такими как Эйлер и Лагранж. Первые строгие определения предела последовательности дали Больцано в 1816 году и Коши в 1821 году.

Предел последовательности

Пределом последовательности называют объект, к которому члены последовательности в некотором смысле стремятся или приближаются с ростом номера.

Предел функции

Паутинообразная модель - модель, изображающая траекторию движения к состоянию равновесия, когда реакция предложения или спроса запаздывает.

Паутинообразная модель описывает динамический процесс: траекторию корректировки цен и объема производства при движении от одного состояния равновесия к другому; используется для описания колебаний цен на рынках сельскохозяйственной продукции, на биржевом рынке, где предложение реагирует на изменения цен с некоторым запозданием.

Рассмотрим вариант динамической модели рынка одного продукта. Предположим, что объем спроса зависит от уровня цен текущего периода, а объем предложения - от уровня цен предшествующего периода:

Q_i^D=Q_i^D(P_t), Q_i^D = Q_i^S(P_t-1),

где t - определенный период (t = 0,1,2,..., Т). Это значит, что производители в период t - 1 определяют объем производства, предполагая, что цены периода t - 1 сохраняются и в период t (P_t-1 = P_t).

В таком случае график спроса и предложения будет иметь вид паутинообразной модели.

Возможны три варианта изменения рыночной цены во времени.

1. Если наклон линии предложения более крутой, чем наклон линии спроса, то со временем отклонение от равновесия уменьшается, равновесие восстанавливается (рис. 6.5).

2. Если наклон линии предложения более пологий, чем наклон линии спроса, отклонение от равновесия увеличивается (рис. 6.6).

3. При одинаковом наклоне линий предложения и спроса рынок колеблется вокруг точки равновесия (рис. 6.7). Этот вариант рассмотрим несколько подробнее.

Непрерывность функции нескольких переменных.

Определение: Пусть точка М₀(х₀, у₀) принадлежит области определения функции f(x, y). Тогда функция z = f(x, y) называется непрерывной в точке М₀(х₀, у₀), если

(1)

причем точка М(х, у) стремится к точке М₀(х₀, у₀) произвольным образом.

Если в какой – либо точке условие (1) не выполняется, то эта точка называется точкой разрыва функции f(x, y). Это может быть в следующих случаях:

1. Функция z = f(x, y) не определена в точке М₀(х₀, у₀).

2. Не существует предел .

3. Этот предел существует, но он не равен f( x₀, y₀).

Свойства функций нескольких переменных, связанные с их непрерывностью.

Св-во. Если функция f(x, y, …) определена и непрерывна в замкнутой и

ограниченной области D, то в этой области найдется по крайней мере одна точка

N(x₀, y₀, …), такая, что для остальных точек верно неравенство

f(x₀, y₀, …)  f(x, y, …)

а также точка N₁(x₀₁, y₀₁, …), такая, что для всех остальных точек верно неравенство

f(x₀₁, y₀₁, …)  f(x, y, …)

тогда f(x₀, y₀, …) = M – наибольшее значение функции, а f(x₀₁, y₀₁, …) = m – наименьшее значение функции f(x, y, …) в области D.

Непрерывная функция в замкнутой и ограниченной области D достигает по крайней мере один раз наибольшего значения и один раз наименьшего.

Св-во. Если функция f(x, y, …) определена и непрерывна в замкнутой ограниченной области D, а M и m – соответственно наибольшее и наименьшее значения функции в этой области, то для любой точки   [m, M] существует точка

N₀(x₀, y₀, …) такая, что f(x₀, y₀, …) = .

Проще говоря, непрерывная функция принимает в области D все промежуточные значения между M и m. Следствием этого свойства может служить заключение, что если числа M и m разных знаков, то в области D функция по крайней мере один раз обращается в ноль.

Св-во. Функция f(x, y, …), непрерывная в замкнутой ограниченной области D, ограничена в этой области, если существует такое число К, что для всех точек области верно неравенство .

Св-во. Если функция f(x, y, …) определена и непрерывна в замкнутой ограниченной области D, то она равномерно непрерывна в этой области, т.е. для любого положительного числа  существует такое число  > 0, что для любых двух точек (х₁, y₁) и (х₂, у₂) области, находящихся на расстоянии, меньшем , выполнено неравенство

Приведенные выше свойства аналогичны свойствам функций одной переменной, непрерывных на отрезке.