บทที่ 4.1 ลิมิตและความต่อเนื่อง(ลิมิตของฟังก์ชัน)

Download Report

Transcript บทที่ 4.1 ลิมิตและความต่อเนื่อง(ลิมิตของฟังก์ชัน)

Slide 1

(Limit and Continuity)


Slide 2

ลิมิตของฟังก์ ชัน (Limit of Functions)
แนวคิดการมีลิมิตของฟังก์ชนั f ที่ x0 มีค่าเป็ นจานวนจริ ง L
นั้น อาจกล่าวว่า ฟังก์ชนั f มีค่าเข้าใกล้ L ได้ตามต้องการ
เสมอ เมื่อ x เข้าใกล้ x0 เพียงพอ โดยสนใจค่า f(x) ที่เกิดจาก
x ในโดเมนที่ไม่ใช่ x0 แต่อยูบ่ ริ เวณใกล้เคียงกับ x0 ซึ่งทาให้
ค่าของ f(x) สามารถเข้าใกล้ L


Slide 3

L+

Y

O
L
L–

y = f(x)

O

x0–

Ox
0 x0+

X

แสดงลิมิตของฟั งก์ ชัน f ที่ x0 มีค่าเท่ ากับ L


Slide 4

บทนิยาม 4.1.1 ให้ f : D  , x0 เป็ นจุดลิมิตของ D
ฟังก์ชนั f จะเรี ยกว่า มีลมิ ิต เท่ากับ L ที่ x0 ก็ต่อเมื่อ สาหรับแต่
ละ  > 0 จะมี  > 0 ซึ่งถ้า 0 < | x – x0 | <  และ xD แล้ว |
f(x) – L | <  ฟังก์ ชัน f มีลมิ ิตเท่ ากับ L ที่ x0
เขียนแทนด้วย x lim
 x f(x) = L หรื อ f(x) L เมื่อ x  x0
0


Slide 5

ข้ อสั งเกต
1. x0 เป็ นจุดลิมิตของ D ดังนั้น x0 ไม่จาเป็ นจะต้องเป็ น
สมาชิกของ D
2. xD ที่สอดคล้องกับ 0 < | x – x0 | <  หมายถึง
(1) 0 < –( x – x0 ) <  ดังนั้น x0 –  < x < x0
(2) 0 < ( x – x0 ) <  ดังนั้น x0 < x < x0 + 
จาก (1) , (2) x( x0 – , x0 +  ) – { x0 } แสดงได้ดงั รู ป
(
x0 – 

O
x0

)
x0 + 


Slide 6

3.  เป็ นจานวนจริ งบวก เป็ นตัวกาหนด f(x) ให้เข้าใกล้
จานวนจริ ง L ตาม ต้องการ แต่ละ  จะมี  > 0 (ซึ่ง
โดยทัว่ ไป  ขึ้นอยูก่ บั  ,  เป็ นตัว กาหนด x ที่เข้าใกล้
x0) ถ้า x( x0 – , x0 +  ) และ x  x0 ทาให้
f(x)( L – , L +  )


Slide 7

ตัวอย่ าง 1 กาหนด f(x)

 x2  4
 x2 ,x 2
=
 6 ,x2


จงแสดงว่า x lim
f(x) = 4
2
วิธีทา ให้  > 0 ต้องการหา  > 0 โดยที่ ถ้า 0 < | x – 2 | < 

ทาให้

x 44
x2
2

<


Slide 8

พิจารณา

x 44
x2
2

= | x + 2 – 4 | = | x – 2 | เมื่อ x  2

เลือก  =  จึงได้วา่
ถ้า 0 < | x – 2 | <  ทาให้
นัน่ คือ x lim
f(x)
=
4
2

x 44
x2
2

=|x–2|<



Slide 9

ตัวอย่ าง 2 กาหนด f(x) = x , x จงแสดงว่า lim f(x) = x0
x x0

วิธีทา ให้  > 0 ต้องการหา  > 0 ซึ่งถ้า 0 < | x – x0 | <  ทาให้
| f(x) – x0 | < 
เลือก  =  จะได้วา่ ถ้า 0 < | x – x0 | < 
ทาให้ | f(x) – x0 | = | x – x0 | < 
นัน่ คือ x lim
f(x) = x0
x
0


Slide 10

ตัวอย่ าง 5 กาหนด f(x) = x2 + x – 1 จงแสดงว่า lim f(x) = 5
x x0

วิธีทา ให้  > 0 ต้องการหา  > 0 ที่ทาให้ | f(x) – 5 | < 
เมื่อ 0 < | x – 2 | < 
พิจารณา | f(x) – 5 | = | x2 + x – 1 – 5 | = | x – 2 | | x + 3 |
ต้องการหาขอบเขตของ | x + 3 |
เลือกพิจารณา   1 ได้วา่ ถ้า | x – 2 | < 1 ทาให้ 4 < x + 3 < 6
|x+3|<6


Slide 11

ถ้า | x – 2 | <   1 ซึ่งทาให้ | x – 2 | | x + 3 | < 6 | x – 2 |
เลือก  = min {1, } จะได้วา่
6

ถ้า 0 < | x – 2 | <  ย่อมได้วา่ | x – 2 | < 1
ดังนั้น | ( x2 + x – 1 ) – 5 | = | x – 2 | | x + 3 | < 6 | x – 2 | < 
นัน่ คือ f(x) = 5
lim
x
 x0


Slide 12

ทฤษฎีบท 4.1.2 ให้ f : D  , x0 เป็ นจุดลิมิตของ D

ฟังก์ชนั f มีลิมิตที่ x0 ก็ต่อเมื่อ สาหรับแต่ละลาดับ { x n } n  1
ที่ล่เู ข้าสู่ x0 เมื่อ xnD และ xn  x0 ทุกๆ n แล้วลาดับ

{ f ( x n )} n  1 เป็ นลาดับลู่เข้า

x0 และ { x n } n  1

การพิสูจน์ สมมติ f มีลิมิตเท่ากับ L ที่
เป็ นลาดับใดๆในโดเมน D

ที่ล่เู ข้าสู่ x0 และ xn  x0 จะแสดงว่า { f ( x n )} n  1
เป็ นลาดับลู่เข้า
ให้  > 0
จะมี  > 0 ซึ่ง 0 < | x – x0 | <  , xD ทาให้ | f(x) – L | < 


Slide 13


และเนื่องจาก { x n } n  1

ลู่เข้าสู่ x0 โดยที่ xn  x0 สาหรับ n

จะมีจานวนเต็มบวก k ที่ | xn – x0 | <  , n  k
ดังนั้น 0 < | xn – x0 | <  และ xnD ทาให้ | f(xn) – L | < 
,nk

นัน่ คือ { f ( x n )} n  1 ลู่เข้า และลู่เข้าสู่ค่า

ในทางกลับกัน สมมติ สาหรับทุกๆลาดับ
สู่ x0 เมื่อ xnD และ xn  x0

L


{ x n }n  1

ที่ล่เู ข้า


Slide 14


{ f ( x n )} n  1

สาหรับ n และ
ลู่เข้าสู่ L
จะแสดงว่า f มีลิมิตที่ x0 เท่ากับ L
สมมติ L ไม่เป็ นลิมิตของ f ที่ x0 ดังนั้นจะมี  > 0
ที่สาหรับทุกๆ  > 0 ที่ 0 < | x – x0 | <  , xD
ทาให้ | f(x) – L |  
พิจารณากรณี ที่กาหนดลาดับดังนี้ สาหรับแต่ละจานวนเต็ม
1 ดังนัน | f(x ) – L |  
บวก n จะมี xnD ซึ่ง 0 < | xn – x0 | < n

n

ซึ่ง { x n } n  1 เป็ นลาดับที่ xn  x0 และลู่เข้าสู่ x0 จึงทาให้

{ f ( x n )} n  1 เป็ นลาดับลู่เข้าสู่ L จึงเกิดการขัดแย้งที่ | f(x ) – L |  
n
สาหรับทุกๆ n
นัน่ คือ f มีลิมิตที่ x0



Slide 15

ทฤษฎีบท 4.1.3 ให้ f : D มี x0 เป็ นจุดลิมิตของ D ถ้าแต่ละ

{
x
}
ลาดับ n n  1 ที่ล่เู ข้าสู่ x0 เมื่อ xnD – {x0} ทุกๆ n และลาดับ

{ f ( x n )} n  1 เป็ นลาดับโคชี แล้ว f มีลิมิตที่ x0

{ f ( x n )} n  1

การพิสูจน์ เนื่องจาก
เป็ นลาดับโคชี

โดยทฤษฎีบท 3.6.4 ได้วา่ { f ( x n )} n  1 เป็ นลาดับลู่เข้า

{ x n }n  1

และโดยทฤษฎีบท 4.1.2 ถ้าแต่ละ
เป็ นลาดับลู่เข้าสู่ x0

ที่ xnD – {x0} สาหรับทุกๆ n แล้วลาดับ { f ( x n )} n  1
เป็ นลาดับลู่เข้า
ทาให้ f มีลิมิตที่ x0



Slide 16

ทฤษฎีบท 4.1.4 ให้ f : D , x0 เป็ นจุดลิมิตของ D ถ้า f
มีลิมิตที่ x0 แล้ว จะมีQ ซึ่งเป็ นย่านของจุด x0 ที่ทาให้ฟังก์ชนั f
เป็ นฟังก์ชนั มีขอบเขตบน QD
การพิสูจน์ ให้ x lim
f(x) = L
 x0
ให้  = 1 จะมี  > 0 ซึ่ง 0 < | x – x0 | <  และ xD
ทาให้ | f(x) – L | < 1
ดังนั้น L – 1 < f(x) < L + 1
แยกพิจารณาเป็ น 2 กรณี
ถ้า x0D ให้ M = max { | L – 1 |, | L + 1 |, | f(x0) | }


Slide 17

ถ้า x0D ให้ M = max { | L – 1 |, | L + 1 | }
และให้ Q = ( x0 – , x0 +  ) ซึ่งเป็ นย่านของ x0
สาหรับ xQD ของทั้งสองกรณี ทาให้ | f(x) |  M
นัน่ คือ f มีขอบเขตบน QD