Matematyka - Granica i ciągłość funkcji 1
Przed wprowadzeniem definicji granicy funkcji zdefiniujmy pewne niezbędne pojęcia.
Otoczenie i sąsiedztwo punktu
Jeśli dana jest funkcja

, gdzie

i

, to dowolny ciąg

, którego każdy wyraz należy do dziedziny funkcji f nazywamy
ciągiem argumentów funkcji 
, natomiast ciąg

nazywamy
ciągiem wartości funkcji 
odpowiadającym ciągowi

.
Sąsiedztwo punktu
Sąsiedztwem o promieniu
punktu 
nazywamy sumę przedziałów

i oznaczamy symbolem

.
.
Otoczenie punktu
Otoczeniem o promieniu
punktu 
nazywamy przedział otwarty

i oznaczamy symbolem

.
.
Granica funkcji
Granica funkcji w punkcie
Istnieją dwie równoważne definicje granicy funkcji - definicje Heinego i definicje Cauchy'ego.
Definicja Heinego
Liczbę g
nazywamy granicą funkcji
w punkcie 
, wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, o wyrazach

, zbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest zbieżny do g.
Definicja Cauchy'ego
>>>>>>>>>>>>>>>>
Liczbę g
nazywamy granicą funkcji
w punkcie 
, wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdej liczby

istnieje taka liczba

, że dla każdego

spełniony jest warunek

.
.
Granica niewłaściwa funkcji w punkcie (definicja Heinego)
Funkcja

ma
w punkcie
granicę niewłaściwą 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, o wyrazach

, zbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest rozbieżny do

.

Granica funkcji w punkcie niewłaściwym - w nieskończoności (definicje Heinego)
Granica właściwa
Funkcja
ma w
granicę równą
g, wtedy i tylko wtedy, dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, rozbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest zbieżny do
g.
Granice niewłaściwe
Funkcja
ma w
granicę niewłaściwą 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, rozbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest rozbieżny do

.

Funkcja
ma w
granicę niewłaściwą 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, rozbieżnego do

odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest rozbieżny do

.
Granice jednostronne funkcji (definicje Heinego)
Granica lewostronna właściwa
Liczbę
g nazywamy
granicą lewostronną funkcji
w punkcie 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, o wyrazach mniejszych od

, zbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest zbieżny do
g.
Granica prawostronna właściwa
Liczbę
g nazywamy
granicą prawostronną funkcji
w punkcie 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, o wyrazach większych od

, zbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest zbieżny do
g.
Granica lewostronna niewłaściwa
Funkcja
ma w punkcie
lewostronną granicę niewłaściwą 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, o wyrazach mniejszych od

, zbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest rozbieżny do

.
Granica prawostronna niewłaściwa
Funkcja
ma w punkcie
prawostronną granicę niewłaściwą 
wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego ciągu argumentów funkcji

, gdzie

, o wyrazach większych od

, zbieżnego do

, odpowiadający mu ciąg wartości funkcji

jest rozbieżny do

.
Istnienie granicy funkcji w punkcie
Funkcja 
, określona w pewnym sąsiedztwie punktu

,
ma w tym punkcie granicę wtedy i tylko wtedy, gdy ma w tym punkcie obie granice jednostronne i granice te są równe:

Jeśli natomiast

, to
funkcja nie ma granicy w punkcie 
.
Przykład:
Sprawdź, czy funkcje a)

b)

mają granice w punkcie

.
Rozwiązanie:
Należy obliczyć granice jednostronne obu funkcji w punkcie

.
,
Ponieważ
, więc dana funkcja nie ma granicy w punkcie
.
,
.
Ponieważ
, więc dana funkcja ma granicę w punkcie
.:
.
Działania na granicach funkcji
Jeśli funkcje

i

mają w punkcie

granice równe odpowiednio

i

, to istnieją w punkcie

granice funkcji

, przy czym ta ostatnia istnieje przy dodatkowym założeniu, że

, i zachodzą związki:




, gdzie >
.
Jeżeli

, to

.
Jeżeli

i

dla

, to

.
Jeżeli

i

dla

, to

.
Reguła de l'Hospitala
Jeśli funkcje

i

są określone i różniczkowalne w sąsiedztwie punktu

,

, oraz zachodzi jeden z następujących warunków:
lub
i 
i istnieje granica:

, to istnieje granica

, przy czym:

.