Analiza matematyczna 1.doc

(1898 KB) Pobierz
0

0. ZBIORY I FUNKCJE LICZBOWE

 

0.1 ZBIORY LICZB

 

– zbiór liczb naturalnych

– zbiór liczb całkowitych

– zbiór liczb wymiernych

R – zbiór liczb rzeczywistych

 

 

0.2 ZBIORY OGRANICZONE

 

Def. 0.2.1 (zbiór ograniczony z dołu)

Zbiór A Ì R jest ograniczony z dołu, jeżeli

.

Liczbę m nazywamy ograniczeniem z dołu zbioru A. Obrazowo, zbiór jest ograniczony z dołu, gdy wszystkie jego elementy leżą na prawo od pewnego punktu osi liczbowej.

 

Def. 0.2.2 (zbiór ograniczony z góry)

Zbiór A Ì R jest ograniczony z góry, jeżeli

.

Liczbę M nazywamy ograniczeniem z góry zbioru A. Obrazowo, zbiór jest ograniczony z góry, gdy wszystkie jego elementy leżą na lewo od pewnego punktu osi liczbowej.

 

Def. 0.2.3 (zbiór ograniczony)

Zbiór A Ì R jest ograniczony wtedy i tylko wtedy, gdy jest ograniczony z dołu i z góry, tzn.

.

 

Uwaga. W definicji można tak dobrać stałe m i M, aby 0 < M = - m. Wtedy

.

Obrazowo, zbiór jest ograniczony, gdy wszystkie jego elementy są położone między dwoma punktami osi liczbowej.

 

 

0.3 KRESY ZBIORÓW

 

Def. 0.3.1 (element najmniejszy zbioru)

Liczba a jest najmniejszym elementem zbioru A Ì R, co zapisujemy

,

wtedy i tylko wtedy, gdy

oraz .

Obrazowo, elementem najmniejszym zbioru nazywamy element tego zbioru leżący najbardziej w lewo na osi liczbowej.

 

Def. 0.3.2 (element największy zbioru)

Liczba a jest największym elementem zbioru AÌR, co zapisujemy

,

wtedy i tylko wtedy, gdy

oraz .

Obrazowo, elementem najmniejszym zbioru nazywamy element tego zbioru leżący najbardziej w prawo na osi liczbowej.

 

Def. 0.3.3 (kres dolny zbioru)

Niech zbiór A Ì R będzie niepusty i ograniczony z dołu. Liczba a jest kresem dolnym tego zbioru, co zapisujemy

,

wtedy i tylko wtedy, gdy

oraz .

Obrazowo, kres dolny zbioru jest największą liczbą ograniczającą ten zbiór z dołu. Jeżeli zbiór A jest nieograniczony z dołu, to przyjmujemy

.

 

Def. 0.3.4 (kres górny zbioru)

Niech zbiór B Ì R będzie niepusty i ograniczony z góry. Liczba b jest kresem górnym tego zbioru, co zapisujemy

,

wtedy i tylko wtedy, gdy

oraz .

Obrazowo, kres górny zbioru jest najmniejszą liczbą ograniczającą ten zbiór z góry. Jeżeli zbiór B jest nieograniczony z góry, to przyjmujemy

.

 

Uwaga. Najmniejszy element zbioru jest jednocześnie kresem dolnym tego zbioru. Analogicznie, największy element zbioru jest jego kresem górnym.

 

Fakt 0.3.5 (aksjomat ciągłości)

Każdy niepusty zbiór ograniczony z dołu ma kres dolny.

Każdy niepusty zbiór ograniczony z góry ma kres górny.

 

 

0.4 FUNKCJE – PODSTAWOWE OKREŚLENIA

 

Def. 0.4.1 (funkcja)

Niech zbiory X, Y Ì R będą niepuste. Funkcją określoną na zbiorze X o wartościach w zbiorze Y nazywamy przyporządkowa­nie każdemu elementowi x Î X dokładnie jednego elementu y Î Y. Funkcję taką oznaczamy przez . Wartość funkcji f w punkcie x oznaczamy przez f(x).

 

Def. 0.4.2 (dziedzina, przeciwdziedzina, zbiór wartości funkcji)

Niech . Wtedy zbiór X nazywamy dziedziną funkcji f i oznaczamy przez Df, a zbiór Y nazywamy jej przeciwdzie­dziną. Ponadto zbiór

nazywamy zbiorem wartości funkcji f i oznaczamy przez Wf. Jeżeli dany jest tylko wzór określający funkcję, to zbiór elementów z R, dla których wzór ten ma sens liczbowy, nazywamy dziedziną naturalną funkcji.

 

Def. 0.4.3 (wykres funkcji)

Wykresem funkcji nazywamy zbiór

.

 

Uwaga. Podzbiór płaszczyzny xOy jest wykresem pewnej funkcji zmiennej x, gdy każda prosta pionowa przecina go co najwyżej w jednym punkcie.

 

Def. 0.4.4 (funkcja „na”)

Funkcja f odwzorowuje zbiór X na zbiór Y, co notujemy

,

wtedy i tylko wtedy, gdy

, tzn. .

Funkcja jest „na”, gdy rzut prostokątny jej wykresu na oś Oy pokrywa się ze zbiorem Y.

 

 

0.5 FUNKCJE OKRESOWE, PARZYSTE I NIEPARZYSTE

 

Def. 0.5.1 (funkcja okresowa)

Funkcja jest okresowa, jeżeli

.

Liczbę T nazywamy okresem funkcji f. Jeżeli istnieje najmniejszy okres funkcji f, to nazywamy go okresem podstawowym.

Obrazowo, funkcja jest okresowa, gdy jej wykres po przesunięciu o wektor nałoży się na siebie.

 

Def. 0.5.2 (funkcja parzysta)

Funkcja jest parzysta, jeżeli

.

Obrazowo, funkcja jest parzysta, gdy oś Oy jest osią symetrii jej wykresu.

 

Def. 0.5.3 (funkcja nieparzysta)

Funkcja jest nieparzysta, jeżeli

.

Obrazowo, funkcja jest nieparzysta, gdy początek układu współrzędnych jest środkiem symetrii jej wykresu.

 

 

0.6 FUNKCJE OGRANICZONE

 

Def. 0.6.1 (funkcja ograniczona z dołu)

Funkcja f jest ograniczona z dołu na zbiorze A Ì Df, jeżeli zbiór jej wartości na tym zbiorze jest ograniczony z dołu, tzn.

.

Obrazowo, funkcja jest ograniczona z dołu, gdy jej wykres leży nad pewną prostą poziomą (rys. 0.6.1).

 

 

 

 

 

Rys. 0.6.1

Ilustracja wykresu funkcji ograniczonej z dołu na zbiorze

 

Def. 0.6.2 (funkcja ograniczona z góry)

Funkcja f jest ograniczona z góry na zbiorze A Ì Df, jeżeli zbiór jej wartości na tym zbiorze jest ograniczony z góry, tzn.

.

Obrazowo, funkcja jest ograniczona z dołu, gdy jej wykres leży pod pewną prostą poziomą (rys. 0.6.2).

 

 

 

 

 

Rys. 0.6.2

Ilustracja wykresu funkcji ograniczonej z góry na zbiorze

 

Def. 0.6.3 (funkcja ograniczona)

Funkcja f jest ograniczona na zbiorze A Ì Df, jeżeli jest ograniczona z dołu i z góry na tym zbiorze, tzn.

.

 

Uwaga. W definicji można tak dobrać stałe m i M, aby 0<M=-m. Wtedy

.

Obrazowo, funkcja jest ograniczona, gdy jej wykres jest położony między dwiema prostymi poziomymi.

 

 

0.7 FUNKCJE MONOTONICZNE

 

Def. 0.7.1 (funkcja rosnąca)

Funkcja f jest rosnąca na zbiorze A Ì Df, jeżeli

.

Obrazowo, funkcja jest rosnąca, gdy poruszając się w prawo po jej wykresie wznosimy się do góry.

 

Def. 0.7.2 (funkcja malejąca)

Funkcja f jest malejąca na zbiorze A Ì Df, jeżeli

.

Obrazowo, funkcja jest malejąca, gdy poruszając się w prawo po jej wykresie opadamy na dół.

 

Def. 0.7.3 (funkcja niemalejąca)

Funkcja f jest niemalejąca na zbiorze A Ì Df, jeżeli

.

Obrazowo, funkcja jest niemalejąca, gdy poruszając się w prawo po jej wykresie wznosimy się lub pozostajemy na tym samym poziomie.

 

Def. 0.7.4 (funkcja nierosnąca)

Funkcja f jest malejąca na zbiorze A Ì Df, jeżeli

.

Obrazowo, funkcja jest nierosnąca, gdy poruszając się w prawo po jej wykresie opadamy lub pozostajemy na tym samym poziomie.

 

Def. 0.7.5 (funkcja monotoniczna)

Funkcja f jest monotoniczna na zbiorze A Ì Df, jeżeli jest rosnąca lub malejąca lub nierosnąca lub też niemalejąca na tym zbiorze.

 

 

 

0.8 ZŁOŻENIA FUNKCJI

 

Def. 0.8.1 (funkcja złożona)

Niech zbiory X, Y, Z, W Ì R będą niepuste, przy czym Y Ì Z oraz niech , . Złożeniem funkcji g i f nazywamy funkcję określoną wzorem:

dla .

 

Uwaga. Analogicznie określa się złożenie większej liczby funkcji. Składanie funkcji nie jest przemienne.

 

 

 

0.9 FUNKCJE ODWROTNE

 

Def. 0.9.1 (funkcja różnowartościowa)

Funkcja f jest różnowartościowa na zbiorze A Ì Df, jeżeli:

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin