Na FreeHostingu Endora běží desítky tisíc webů. Přidejte se ještě dnes!

Vytvořit web zdarma

Na FreeHostingu Endora běží desítky tisíc webů. Přidejte se ještě dnes!

Vytvořit web zdarma

Konvengerce, limity..

De analysi indivisibilium (o analýze nekonečně malých velicin)

Definice: Nechť A je neprázdná množina

Konvergenční prostor je uspořádaná dvojice [A,τ], kde τ je zobrazení, které každému prvku a ∈ A prirazuje neprázdný systém podmnožin množiny A takový, že platí:

(i) ∀a ∈ A ∀U ∈ τ(a) (a ∈ U),

(ii) ∀a ∈ A ∀b ∈ A (a ≠ b ⇒ ∃U ∈ τ(a) ∃V ∈ τ(b) (U ∩ V = ∅) ).

Pozn: množina U ∈ τ(a) se nazývá okolí bodu a

τ(a) je systém všech okolí bodu a

zobrazení τ se nazývá konvergence na množině A

prvky konvengerčního prostoru nazýváme body

Definice: Nechť [A,τ] je konvergenční prostor, (an) posloupnost obsažená v množině A a bod a ∈ A.

Rekněme, že posloupnost (an) má limitu (nebo konverguje k) a v množině A a píšeme lim an = a, jestliže

∀U ∈ τ(a) ∃d ∈ R ∀n ∈ N (n ≥ d ⇒ an ∈ U).

Pozn: tzn. pro každé okolí bodu a existuje reálné císlo d, kdy pro každé n ∈ N platí, ...

Věta (o jednoznacnosti limity posloupnosti):

Nechť A je konvengerční prostor a (an) posloupnost obsažená v množině A.

Potom posloupnost (an) má v množině A nejvýše jednu limitu.

Věta (o limitě konstantní posloupnosti):

Nechť A je konvengerční prostor a a ∈ A.

Potom posloupnost (a) konverguje k limitě a v množině A, tj. limn ⎯• ∞ a = a.

Věta (o limitě vybrané posloupnosti):

Nechť A je konvengerční prostor, (an) a (bn) posloupnosti obsažené v množině A takové, že (bn) je vybraná posloupnost z posloupnosti (an), a bod a ∈ A.

Jesliže posloupnost (an) konverguje v množině A k limitě a, potom posloupnost (bn) rovnež konverguje v množině A k limitě a.

Standartní konvergence na R a R*

Definice: Nechť a je reálné císlo a ε kladné reálné císlo.

Potom ε - okolí reálného císla a je množina U(a,ε) = (a - ε, a + ε).

Definice: Standartní konvergence na R je zobrazení τs takové, že pro každé reálné císlo a je τs(a) = {U(a,ε); ε •0}.

Věta (o standartní konvergenci na R):

Množina všech reálných čísel R, na které je definována standartní konvergence τs, je konvengerční prostor.

Pozn: tuto množinu znacíme R1

Definice: (i) Nechť λ1 je reálné císlo.

Potom λ1 - okolí bodu ∞ je množina U(∞,λ1) = (λ1, ∞•.

(ii) Nechť λ2 je reálné císlo.

Potom λ2 - okolí bodu -∞ je množina U(-∞,λ2) = •-∞,λ2).

Definice: Standartní konvergence na R* je zobrazení τs* takové, že

∀a ∈ R ( τs*(a) = {U(a,ε); ε • 0} ),

( τs*(∞) = {U(∞,λ1); λ1 ∈ R},

(τs*(-∞) = {U(-∞,λ2); λ2 ∈ R}.

Věta (o standartní konvergenci na R*):

Rozšírená číselná osa R*, na které je definována standartní konvergence τs*, je konvengerční prostor.

Pozn: tuto množinu znacíme R1*

Věta (o limitě monotónní posloupnosti):

Nechť (an) je reálná posloupnost.

(i) Je-li posloupnost (an) neklesající, potom existuje limn ⎯• ∞ an a limn ⎯• ∞ an = sup ((an)).

(ii) Je-li posloupnost (an) nerostoucí, potom existuje limn ⎯• ∞ an a limn ⎯• ∞ an = inf ((an)).

Dusledek: omezená monotónní posloupnost je konvergentní

Věta (o limitě operací pro posloupnosti):

Nechť (an) a (bn) jsou reálné posloupnosti.

Potom

(i) limn ⎯• ∞ (an +- bn) = limn ⎯• ∞ an +- limn ⎯• ∞ bn ,

(ii) limn ⎯• ∞ (an bn) = limn ⎯• ∞ an * limn ⎯• ∞ bn ,

(iii) limn ⎯• ∞ (an / bn) = limn ⎯• ∞ an / limn ⎯• ∞ bn ,

(iv) limn ⎯• ∞ ⏐an⏐ = ⏐limn ⎯• ∞ an⏐,

pokud existují pravé strany.

Věta (o limitě sevřené posloupnosti - o dvou policistech):

Nechť (an), (bn) a (cn) jsou reálné posloupnosti takové, že (an) ≤ (cn) ≤ (bn) a limn ⎯• ∞ an = limn ⎯• ∞ bn.

Potom existuje limn ⎯• ∞ cn a platí limn ⎯• ∞ cn = limn ⎯• ∞ an = limn ⎯• ∞ bn.

Věta (o nulové limitě posloupnosti):

Nechť (an) je reálná posloupnost a a reálné císlo.

Potom

(i) limn ⎯• ∞ an = 0 práve tehdy, jestliže limn ⎯• ∞ ⏐an⏐ = 0,

(ii) limn ⎯• ∞ 1 / an = 0 práve tehdy, jestliže limn ⎯• ∞ ⏐an⏐ = ∞,

(iii) je-li limn ⎯• ∞ 1 / an = 0 a jsou-li všechna an od jistého indexu kladná (resp. záporná), je limn ⎯• ∞ an = ∞ (resp. limn ⎯• ∞ an = -∞) ,

(iv) limn ⎯• ∞ an = a práve tehdy, jesliže limn ⎯• ∞ ⏐an - a⏐ = 0.

Věta (o nerovnostech a posloupnostech):

Nechť (an) a (bn) jsou reálné posloupnosti takové, že existují limn ⎯• ∞ an a limn ⎯• ∞ bn.

(i) Jestliže (an) ≤ (bn), potom limn ⎯• ∞ an ≤ limn ⎯• ∞ bn.

(ii) Jestliže limn ⎯• ∞ an • limn ⎯• ∞ bn , potom existuje kladné prirozené císlo k takové, že

∀n ∈ N (n ≥ k ⇒ an • bn).

Věta (Bolzanova - Weierstrassova):

Nechť (cn) je reálná posloupnost obsažená v reálném intervalu •a,b•.

Potom existuje reálná posloupnost (dn) vybraná z posloupnosti (cn) taková, že existuje limn ⎯• ∞ dn a limn ⎯• ∞ dn ∈ •a,b•.

Věta (o aproximaci reálných čísel císly racionálními):

Ke každému reálnému císlu x existuje neklesající posloupnost racionálních čísel (an) taková, že limn ⎯• ∞ an = x.

Standartní konvergence na Rn

Definice: Nechť A = [a1, ....., an] je bod z Rn a ε kladné reálné císlo.

Potom ε - okolí bodu A je množina Un(A,ε) = (a1 - ε, a1 + ε) x ..... x (an - ε, an + ε).

Definice: Standartní konvergence na Rn je zobrazení τs takové, že pro každý bod A z množiny Rn je τs(A) = {Un(A,ε); ε • 0}.

Pozn: množinu Rn, na které je definována standartní konvergence τs , budeme oznacovat Rn

Věta (o standartní konvergenci na Rn):

Rn je konvengerční prostor.

Věta (o limitě posloupnosti v Rn):

Nechť (Ak) je posloupnost obsažená v Rn a A je bod z Rn.

Potom posloupnost (Ak) konverguje v Rn k bodu A práve tehdy, jestliže pro všechna prirozená císla i taková, že 1 ≤ i ≤ n, posloupnost i-tých souradnic bodu (Ak) konverguje (v R1) k i-té souradnici bodu A.

Spojitost zobrazení

Definice: Nechť A a B jsou konvengerční prostory, f: A ⎯• B, c ∈ A a M ⊂ A.

(i) Rekneme, že zobrazení f je spojité v bode c, jestliže pro všechny posloupnosti (an) obsažené v množině A platí:

limn ⎯• ∞ an = c ⇒ limn ⎯• ∞ f(an) = f(c).

(ii) Rekneme, že zobrazení f je spojité v množině M, jestliže pro všechny posloupnosti (an) obsažené v množině M a pro všechny body a z množiny M platí:

limn ⎯• ∞ an = a ⇒ limn ⎯• ∞ f(an) = f(a).

Pozn: f je spojité v množině M, je-li spojité ve všech bodech množiny M

Věta (o spojitosti superpozice):

Nechť A, B a C jsou konvengerční prostory, f: A ⎯• B, g: B ⎯• C, c ∈ A a M ⊂ A.

(i) Je-li zobrazení f spojité v bode c a zobrazení g spojité v bode f(c), potom zobrazení g[f] je spojité v bode c.

(ii) Je-li zobrazení f spojité v množině M a zobrazení g spojité v množině f(M), potom zobrazení g[f] je spojité v množině M.

Věta (o spojitosti operací):

Nechť f a g jsou reálné funkce takové, že D(f) = D(g). Nechť c ∈ D(f) a M ⊂ D(f).

(i) Jsou-li funkce f a g spojité v bode c (resp. v množině M), potom jsou funkce f + g, f - g, f g, ⏐f⏐ spojité v bode c (resp. v množině M).

(ii) Jsou-li funkce f a g spojité v bode c (resp. v množině M), pricemž g(c) ≠ 0 (resp. ∀x ∈ M (g(x) ≠ 0), potom je funkce f / g spojitá v bode c (resp. v množině M).

Věta (o spojitosti elementárních funkcí):

Každá elementární funkce je spojitá v libovolném bode svého definicního oboru.

Věta (Bolzanova):

Nechť f je reálná funkce jedné reálné promenné spojitá v reálném intervalu •a,b• taková, že f(a) * f(b) • 0.

Potom existuje reálné císlo c takové, že c ∈ (a,b) a f(c) = 0.

Věta (dusledek Bolzanovy vety):

Nechť f je reálná funkce jedné reálné promenné spojitá v intervalu (a,b) taková, že nemá v intervalu (a,b) žádný nulový bod.

Potom funkce f je stále kladná nebo stále záporná v intervalu (a,b).

Věta (Weierstrassova):

Nechť f je reálná funkce jedné reálné promenné spojitá v reálném intervalu •a,b•.

Potom funkce f nabývá v intervalu •a,b• jak svého maxima, tak i svého minima vzhledem k intervalu •a,b•.

Limita zobrazení

Definice: Nechť A je konvengerční prostor, M ⊂ A a c ∈A.

Rekneme, že c je hromadný bod množiny M (vzhledem k množině A), jestliže existuje posloupnost (an) obsažená v množině M taková, že ∀n ∈ N (an ≠ c) ∧ lim n ⎯• ∞ an = c.

Definice: Nechť A a B jsou konvengerční prostory, f: M ⎯• B, M ⊂ A, b ∈ B a c ∈A takový, že c je hromadný bod množiny M.

Rekneme, že zobrazení f má limitu b v bode c, jestliže pro všechny posloupnosti (an) obsažené v množině M platí:

(∀n ∈ N (an ≠ c) ∧ lim n ⎯• ∞ an = c) ⇒ lim n ⎯• ∞ f (an) = b.

Pozn: zobrazení f má limitu b v bode c ......... limx ⎯• c f(x) = b

Věta (o jednoznacnosti limity zobrazení):

Nechť A a B jsou konvengerční prostory, c ∈ A, f: M ⎯• B, kde M ⊂ A.

Potom zobrazení f má v bode c nejvýše jednu limitu.

Věta (o vztahu mezi limitou a spojitostí zobrazení):

Nechť A a B jsou konvengerční prostory, f: M ⎯•B, M ⊂ A a c ∈A, pricemž c je hromadný bod množiny M.

Potom zobrazení f je spojité v bode c práve tehdy, jestliže existuje lim x ⎯• c f(x) a lim x ⎯• c f(x) = f(c).

Věta (o limitě superpozice):

Nechť A, B a C jsou konvengerční prostory, f: M ⎯• N, g: N ⎯• C, kde M ⊂ A a N ⊂ B. Nechť existuje lim x ⎯• c f(x) = d.

(i) Nechť zobrazení g je spojité v bode d.

Potom existuje lim x ⎯• c (g[f])(x) a platí lim x ⎯• c g (f(x)) = g (limx ⎯• c f(x)) = g (d).

(ii) Nechť existuje okolí U bodu c takové, že ∀ x ∈ ( U-{c}) ∩ M (f(x) ≠ d) a existuje lim y ⎯• d g(y).

Potom existuje lim x ⎯• c (g[f])(x) a lim x ⎯• c g(f(x)) = lim y ⎯• d g(y).

Věta (o limitě operací pro reálné funkce):

Nechť f a g jsou reálné funkce takové, že D(f) = D(g). Nechť k je reálné císlo.

Potom

(i) lim x ⎯• c (f(x) +- g(x)) = lim x ⎯• c f(x) +- lim x ⎯• c g(x),

(ii) lim x ⎯• c (f(x) * g(x)) = lim x ⎯• c f(x) * lim x ⎯• c g(x),

(iii) lim x ⎯• c f(x)/g(x) = lim x ⎯• c f(x)/ lim x ⎯• c g(x),

(iv) lim x ⎯• c (k * f(x)) = k * lim x ⎯• c f(x),

(v) lim x ⎯• c ⏐f(x)⏐ = ⏐ lim x ⎯• c f(x)⏐, pokud existují pravé strany.

Definice: Nechť f je reálná funkce jedné reálné promenné, c ∈ R1 , c ∈ R1*.

Funkce f má v bode c limitu b zleva, jestliže pro každou posloupnost (an) obsaženou v D(f) platí

(∀n ∈ N an • c ∧ limn ⎯• ∞ an = c) ⇒ limn ⎯• ∞ f(an) = b.

Funkce f má v bode c limitu b zprava, jestliže pro každou posloupnost (an) obsaženou v D(f) platí

(∀n ∈ N an • c ∧ limn ⎯• ∞ an = c) ⇒ limn ⎯• ∞ f(an) = b.

Věta (o limitě sevrené funkce):

Nechť f, g a h jsou reálné funkce jedné reálné promenné takové, že existuje okolí U bodu c takové, že

∀ x ∈ U - {c} (f(x) ≤ h(x) ≤ g(x)) ∧ lim x ⎯• c f(x) = lim x ⎯• c g(x).

Potom existuje lim x ⎯• c h(x) a platí lim x ⎯• c h(x) = lim x ⎯• c f(x) = lim x ⎯• c g(x).

Věta (o nulové limitě reálné funkce jedné reálné promenné):

Nechť f je reálná funkce jedné reálné promenné, b a c jsou zobecnená reálná císla.

Potom

(i) lim x ⎯• c f(x) = 0 práve tehdy, jesliže lim x ⎯• c ⏐f(x)⏐ = 0,

(ii) lim x ⎯• c 1 / f(x) = 0 práve tehdy, jestliže lim x ⎯• c ⏐f(x)⏐ = ∞,

(iii) je-li c ∈R, je lim x ⎯• c f(x) = b práve tehdy, jestliže lim h ⎯• 0 f(c+h) = b.

Věta (o nerovnostech a funkcích):

Nechť f a g jsou reálné funkce takové, že existují lim x ⎯• c f(x) a lim x ⎯• c g(x).

(i) Jestliže existuje okolí U bodu c takové, že

∀ x ∈ U - {c} (f(x) ≤ g(x)),

potom lim x ⎯• c f(x) ≤ lim x ⎯• c g(x).

(ii) Jestliže lim x ⎯• c f(x) • lim x ⎯• c g(x), potom existuje okolí U bodu c takové, že

∀ x ∈ U - {c} (f(x) • g(x)).

Věta (o vztahu mezi limitou reálné funkce jedné reálné promenné a limitou reálné posloupnosti):

Nechť f je reálná funkce jedné reálné promenné taková, že existuje lim x ⎯• ∞ f(x).

Potom existuje limita posloupnosti (f(n)) taková, že lim x ⎯• ∞ f(x) = lim n ⎯• ∞ f(n).

 

Napsat komentář