Предел функции и асимптоты

Математика

Определение

Число AA называется пределом функции y=f(x)y = f(x) в точке x1x_{1}, если для любого числа ε>0\varepsilon > 0 найдётся такое число δ>0\delta > 0, что для всех xx, удовлетворяющих условию 0<∣x−x1∣<δ0 < |x - x_{1}| < \delta, выполняется неравенство:

∣f(x)−A∣<ε.|f(x) - A| < \varepsilon.
Обозначается так:

lim⁡x→x1f(x)=A.\lim\limits_{x \to x_{1}} f(x) = A.

Это определение можно записать с помощью кванторов ∀\forall (всеобщности) и ∃\exists (существования):

∀ε>0 ∃δ>0 : ∀x (0<∣x−x1∣<δ⇒∣f(x)−A∣<ε).\forall \varepsilon > 0 \ \exists \delta > 0 \ \textrm{:} \ \forall x \ \big( 0 < |x - x_1| < \delta \Rightarrow |f(x) - A| < \varepsilon \big).

Определение

Промежуток (x1−δ, x1)∪(x1, x1+δ)(x_1 - \delta,\ x_1) \cup (x_1,\ x_1 + \delta), где δ>0\delta > 0, называется проколотой окрестностью точки x1x_1.

Это интервал вокруг x1x_1, исключая саму точку.

Геометрический смысл предела

Если lim⁡x→x1f(x)=A\lim\limits_{x \to x_1} f(x) = A, то как бы мало мы ни взяли число ε>0\varepsilon > 0, всегда найдётся проколотая окрестность точки x1x_1, в которой значения функции f(x)f(x) находятся в пределах ε\varepsilon-окрестности числа AA.

Определение

Функция ff называется бесконечно малой в точке x1x_1, если

lim⁡x→x1f(x)=0.\lim\limits_{x \to x_1} f(x) = 0.

Утверждение

Функция f(x)f(x) имеет предел, равный AA при x→x1x \to x_1, тогда и только тогда, когда её можно представить в виде:

f(x)=g(x)+A,f(x) = g(x) + A,

где g(x)g(x) — бесконечно малая в точке x1x_1.

Предельное поведение функции на бесконечности

ОпределениеЧисло BB называется пределом функции f(x)f(x) при x→+∞x \to +\infty, если для любого ε>0\varepsilon > 0 найдётся такое число c>0c > 0, что для всех x>cx > c выполняется неравенство:

∣f(x)−B∣<ε.|f(x) - B| < \varepsilon.


Это записывается как:

lim⁡x→+∞f(x)=B.\lim\limits_{x \to +\infty} f(x) = B.

Замечание

Аналогично определяются пределы при x→−∞x \to -\infty и x→∞x \to \infty:

lim⁡x→−∞f(x)=B⇔∀ε>0 ∃c<0 ∀x<c⇒∣f(x)−B∣<ε;\lim\limits_{x \to -\infty} f(x) = B \quad \Leftrightarrow \quad \forall \varepsilon > 0 \ \exists c < 0 \ \forall x < c \Rightarrow |f(x) - B| < \varepsilon;
lim⁡x→∞f(x)=B⇔∀ε>0 ∃c>0 ∀∣x∣>c⇒∣f(x)−B∣<ε.\lim\limits_{x \to \infty} f(x) = B \quad \Leftrightarrow \quad \forall \varepsilon > 0 \ \exists c > 0 \ \forall |x| > c \Rightarrow |f(x) - B| < \varepsilon.

Определение

Прямая y=Cy = C называется правой горизонтальной асимптотой графика функции f(x)f(x), если

lim⁡x→+∞f(x)=C.\lim\limits_{x \to +\infty} f(x) = C.

Если существует предел

lim⁡x→+∞(f(x)−(mx+n))=0,\lim\limits_{x \to +\infty} \left( f(x) - (mx + n) \right) = 0,

то прямая y=mx+ny = mx + n называется правой наклонной асимптотой графика функции f(x)f(x). Аналогично определяются левые и двусторонние асимптоты, заменяя предел x→+∞x \to +\infty на x→−∞x \to -\infty или x→∞x \to \infty. 

Теорема

Прямая y=mx+ny = mx + n является правой наклонной асимптотой графика функции f(x)f(x) тогда и только тогда, когда существуют конечные пределы:

lim⁡x→+∞f(x)x=m,lim⁡x→+∞(f(x)−mx)=n.\lim\limits_{x \to +\infty} \dfrac{f(x)}{x} = m, \quad \lim\limits_{x \to +\infty} (f(x) - mx) = n.

Аналогичные условия верны и для левой наклонной асимптоты при x→−∞x \to -\infty, и для двусторонней при x→∞x \to \infty. 
Top.Mail.Ru