Правила дифференцирования общих функций

(частный случай формулы Лейбница)

— Правило дифференцирования сложной функции

· ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРОГО МОНОТОННОЙ ФУНКЦИИ НА ОТРЕЗКЕ

НЕПРЕРЫВНАЯ ФУНКЦИЯ

- одно из основных понятий математического анализа.

Пусть действительная функция f определена на нек-ром подмножестве Едействительных чисел , т. е. . Функция f наз. непрерывной в точке (или, подробнее, непрерывной в точке по множеству Е), если для любого числа существует такое число , что для всех точек , удовлетворяющих условию выполняется неравенство

Если обозначить

и

соответственно и -окрестности точек и , то данное определение можно перефразировать следующим образом: функция f наз. непрерывной в точке если для любой -окрестности точки существует такая -окрестность точки , что

Используя понятие предела, можно сказать, что функция /непрерывна в точке х ₀ , если в этой точке существует ее предел по множеству Еи этот предел равен :

Это равносильно тому, что

где т. е. бесконечно малому приращению аргумента в точке х ₀ соответствует бесконечно малое приращение функции.

В терминах предела последовательности определение Н. ф. в точке : функция fнепрерывна в точке , если для любой последовательности точек

имеет место

Все приведенные определения Н. ф. в точке эквивалентны между собой.

Если функция f непрерывна в точке по множеству (соответственно по множеству ), то функция наз. непрерывной справа (слева) в точке

Все основные элементарные функции являются непрерывными во всех точках их областей определения. Важным свойством Н. ф. является замкнутость класса непрерывных функций относительно арифметич. операций и операции композиции функций. Более точно, если действительные функции , непрерывны в точке , то их сумма и произведение , а при и частное (заведомо определенное в пересечении нек-рой окрестности точки х ₀ с множеством Е)непрерывны в точке х ₀. Если, как и выше, функция непрерывна в точке а функция такова, что и, следовательно, имеет смысл композиция , причем существует такое и функция непрерывна в точке t₀, то композиция также непрерывна в точке t₀. Таким образом, в этом случае

т. е. в этом смысле операция предельного перехода перестановочна с операцией взятия Н. ф. Из перечисленных свойств Н. ф. следует, что не только основные, но и любые элементарные функции непрерывны в области их определения. Сохраняется свойстве непрерывности и при равномерном предельном переходе: если последовательность функций равномерно сходится на множестве Еи каждая функция непрерывна в точке то и предельная функция непрерывна в этой точке.

Если функция непрерывна в каждой точке множества Е, то она наз. непрерывной на множестве Е. Если и функция f непрерывна в точке х ₀, то сужение функции f на множестве Е' также непрерывно при . (Обратное, вообще говоря, неверно. Напр., сужение Дирихле функции как на множестве рациональных, так и иррациональных точек непрерывно, а сама функция Дирихле разрывна во всех точках.

Важный класс действительных Н. ф. одного переменного образуют функции, непрерывные на отрезках. Они обладают следующими свойствами.

Первая теорема Вейерштрасса: функция, непрерывная на отрезке, ограничена на нем.

Вторая теорема Вейерштрасса: функция, непрерывная на отрезке, принимает на нем наибольшее и наименьшее значения.

Теорема Коши о промежуточных значениях: функция, непрерывная на отрезке, принимает на нем любое значение, заключенное между значениями, к-рые она принимает на концах отрезка.

Теорема об обратной функции: если функция непрерывна и строго монотонна на отрезке, то у нее существует однозначная обратная функция, к-рая также определена на нек-ром отрезке, строго монотонна и непрерывна на нем.

Теорема Кантора о равномерной непрерывности: функция, непрерывная на отрезке, равномерно непрерывна на нем.

Всякая функция, непрерывная на отрезке, может быть равномерно сколь угодно точно приближена алгебраич. многочленом, а всякая функция f, непрерывная на отрезке и такая, что может быть равномерно сколь угодно точно приближена тригонометрич. полиномами (см. Вейерштрасса теорема о приближении функций).

Понятие Н. ф. обобщается на более общие виды функций, прежде всего на функции многих переменных. Сформулированное выше определение Н. ф. формально сохраняется, если под Епонимать подмножество и-мерного евклидова пространства , под - расстояние в этом пространстве между точками и , под - -окрестность в точки а под

понимать предел последовательности точек в пространстве . Функция , многих переменных непрерывная в точке наз. также непрерывной в этой точке по совокупности переменных в отличие от функций многих переменных, непрерывных по отдельным переменным. Функция наз. непрерывной в точке х ₀, напр., п о переменной х ₁ , если в точке непрерывно сужение функции f на множестве

т. е. в точке непрерывна функция одного переменного . Функция , может быть непрерывной в точке хпо каждому переменному но может не быть непрерывной в этой точке по совокупности переменных. Определение Н. ф. непосредственно переносится на комплекснозначные функции. Следует лишь в данном выше определении под понимать абсолютную величину комплексного числа , а под

- предел в комплексной плоскости.

Все эти определения являются частным случаем более общего понятия Н. ф. f, областью определения которой является некоторое топологическое пространство Xи значения которой принадлежат некоторому топологическому пространству Y (см. Непрерывное отображение).

На непрерывные отображения топологич. пространств переносятся многие свойства действительных Н. ф. одного переменного. Обобщение упомянутых выше теорем Вейерштрасса: непрерывный образ бикомпактного топологич. пространства в хаусдорфовом топологич. пространстве является бикомпактом. Обобщение теоремы Коши о промежуточных значениях непрерывной на отрезке функции: непрерывный образ в топологич. пространстве связного топологич. пространства также связен. Обобщение теоремы о функции, обратной к непрерывной строго монотонной функции: взаимно однозначное непрерывное отображение бикомпакта на топологич. хаусдорфово пространство есть гомеоморфизм. Обобщение теоремы о пределе равномерно сходящейся последовательности непрерывных функций: если -равномерно сходящаяся последовательность непрерывных в точке отображений топологич. пространства Xв метрич. пространство Y, то предельное отображение также непрерывно в точке x₀.

Обобщением теоремы Вейерштрасса о приближении функций непрерывных на отрезке многочленами является Вейерштрасса - Стоуна теорема.

· НЕОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИНТЕГРАЛ. ТАБЛИЦА ИНТЕГРАЛОВ.

Определение первообразной и неопределенного интеграла Функция F (x) называется первообразной функции f (x), если Множество всех первообразных некоторой функции f (x) называется неопределенным интегралом функции f (x) и обозначается как Таким образом, если F - некоторая частная первообразная, то справедливо выражение где С - произвольная постоянная. Свойства неопределенного интеграла В приведенных ниже формулах f и g - функции переменной x, F - первообразная функции f, а, k, C - постоянные величины.     Таблица интегралов В формулах ниже предполагается, что a, p (p ≠ 1), C - действительные постоянные, b - основание показательной функции (b ≠ 1, b > 0).

Пример 1

Вычислить . Решение.

· ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИНТЕГРАЛ. ФОРМУЛА НЬЮТОНА-ЛЕЙБНИЦА.

Пусть функция f (x) непрерывна на замкнутом интервале [ a, b ]. Определенный интеграл от функции f (x) в пределах от a до b вводится как предел суммы бесконечно большого числа слагаемых, каждое из которых стремится к нулю: где Свойства определенного интеграла Ниже предполагается, что f (x) и g (x) - непрерывные функции на замкнутом интервале [ a, b ]. 1.   2. где k - константа;   3.   4.   5. Если для всех , то .   6.   7.   8. Если в интервале [ a, b ], то   Формула Ньютона-Лейбница Пусть функция f (x) непрерывна на замкнутом интервале [ a, b ]. Если F (x) - первообразная функции f (x) на[ a, b ], то Площадь криволинейной трапеции Площадь фигуры, ограниченной осью 0 x, двумя вертикальными прямыми x = a, x = b и графиком функции f (x) (рисунок 1), определяется по формуле   Рис.1   Рис.2 Пусть F (x) и G (x) - первообразные функций f (x) и g (x), соответственно. Если f (x) ≥ g (x) на замкнутом интервале [ a, b ], то площадь области, ограниченной двумя кривыми y = f (x), y = g (x) и вертикальными линиями x = a, x = b (рисунок 2), определяется формулой ⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒ Дата публикования: 2015-03-26; Прочитано: 162 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы! studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.013 с)...