Лекции и конспекты по математике Примеры решения задч

Дадим теперь определение точек разрыва функции.

        Определение 3.2   Точка $ x_0$ называется точкой разрыва функции $ f(x)$, если она определена в некоторой проколотой окрестности точки $ x_0$ (то есть определена на некотором интервале, для которого $ x_0$ служит внутренней точкой, но в самой точке $ x_0$, возможно, не определена) и выполняется хотя бы одно из следующих условий:
1) не существует предела слева $ \lim\limits_{x\to x_0-}f(x)$;
2) не существует предела справа $ \lim\limits_{x\to x_0+}f(x)$;
3) пределы слева $ f(x_0-)=\lim\limits_{x\to x_0-}f(x)$ и справа $ f(x_0+)=\lim\limits_{x\to x_0+}f(x)$ существуют, но не равны друг другу: $ f(x_0-)\ne f(x_0+)$;
[an error occurred while processing this directive]
4) пределы слева $ f(x_0-)=\lim\limits_{x\to x_0-}f(x)$ и справа $ f(x_0+)=\lim\limits_{x\to x_0+}f(x)$ существуют и равны друг другу: $ f(x_0-)=f(x_0+)$, но не совпадают со значением функции в точке $ x_0$: $ f(x_0)\ne f(x_0-)=f(x_0+)$, или функция $ f(x)$ не определена в точке $ x_0$.
Если имеет место либо случай 3, либо случай 4, то точка разрыва $ x_0$ называется точкой разрыва первого рода, а поведение функции в окрестности точки $ x_0$ называется разрывом первого рода в точке $ x_0$; в случае 4 точка разрыва первого рода называется устранимой точкой разрыва, а разрыв функции в этой точке -- устранимым разрывом.
Если же имеет место либо случай 1, либо случай 2 (либо и тот и другой сразу), то точка разрыва $ x_0$ называется точкой разрыва второго рода, а поведение функции в окрестности этой точки -- разрывом второго рода в точке $ x_0$.     

Итак, если функция $ f(x)$ имеет разрыв первого рода в точке $ x_0$, то существуют, как часто говорят, значения функции "на берегах разрыва": $ f(x_0-)$ и $ f(x_0+)$, но точка $ x_0$ не является точкой непрерывности.

Рис.3.2.$ x_0$ -- точка разрыва первого рода

Если значения на берегах разрыва разные, то значение функции в точке $ x_0$ может быть любым (или вообще отсутствовать), всё равно $ x_0$ будет давать разрыв первого рода. Если же значения на берегах разрыва совпадают, то для наличия разрыва нужно, чтобы либо эти совпадающие значения были отличны от значения функции в точке $ x_0$, либо функция в этой точке была вовсе не определена. Если в этом случае переопределить (или доопределить) функцию $ f(x)$ в точке $ x_0$, положив $ f(x_0)=f(x_0-)=f(x_0+)$, то полученная изменённая функция будет уже непрерывна в точке $ x_0$ и разрыв в точке $ x_0$ исчезнет; отсюда и название такого разрыва -- устранимый.

Рис.3.3.$ x_0$ -- точка устранимого разрыва

Наконец, к разрывам второго рода, как видно из определения, относятся все разрывы, которые не принадлежат к разрывам первого рода; некоторые из возможных способов поведения функции в окрестности точки $ x_0$, где происходит разрыв второго рода, представлены на следующем рисунке.

Рис.3.4.$ x_0$ -- точка разрыва второго рода. Некоторые возможные варианты

Исследовать функции на непрерывность, в точках устранимого разрыва доопределить функцию для устранения разрыва:

а) ,

б) ,

в) ,

 

г) ,

д) .

 

 

 

 

 

Решение. а) . Исследуем поведение функции в окрестности точки х= -2. Имеем: .

Следовательно, в точке х=-2 имеется устранимый разрыв. Разрыв устраняется так:

 

График данной функции  представляет прямую

у = x - 2 с выколотой точкой (-2, -4).

Определение и вычисление несобственных интегралов по бесконечному промежутку

При вычислении и исследовании определённых интегралов учитывается основополагающее утверждение о том, что непрерывная на конечном интервале функция имеет первообразную (теорема Коши). Эта первообразная не всегда выражается через конечное число элементарных функций, но важно то, что она существует. При выполнении условий теоремы Коши определённый интеграл будем называть собственным, подразумевая наличие у него первообразной. Если один из пределов интегрирования не является конечным, то говорят о несобственном интеграле по бесконечному промежутку или первого рода, который определяют через предельный переход:

(1а)  

 Если этот предел существует и конечен, то несобственный интеграл по бесконечному промежутку называется сходящимся, в противном случае – расходящимся (если предел не существует или равен бесконечности). Аналогично определению (1а) имеем: 

(1б)  

(1в)  где a<c<b.

 Интегралы, определённые формулами (1а) и (1б), будем называть несобственными интегралами с одной особенностью (соответственно на верхнем или нижнем пределах интегрирования).

 Пример 1. Вычислить несобственные интегралы по бесконечному промежутку или установить их расходимость:

Математический анализ Типовые расчеты по математике