Лекции и конспекты по математике Примеры решения задч

Пусть задана точность $ {\varepsilon}$, с которой мы хотим приближённо найти корень $ x^*$. Это означает, что мы должны предъявить в качестве результата вычислений известное число $ \wt x$, которое отличается от истинного значения корня $ x^*$ (которое нам неизвестно) не более чем на $ {\varepsilon}$: $ \vert\wt x-x^*\vert\leqslant {\varepsilon}$.

Пусть искомый корень $ x^*$ отделён на отрезке $ [a;b]$.

Самый простой (но и самый медленный) способ отыскать $ \wt x$ -- взять шаг $ h\leqslant 2{\varepsilon}$ и перебирать значения $ x$ с шагом $ h$ до тех пор, пока функция не сменит знак (по сравнению со знаком исходного числа $ f(a)$. Последовательно получаем: $ x_0=a; f(x_0)=f_0$; $ {x_1=x_0+h; f(x_1)=f_1}$; $ x_2=x_1+h;f(x_2)=f_2;\dots$. Вычисления продолжаются, пока $ f_0\cdot f_i>0$. Как только мы получим $ f_0\cdot f_i\leqslant 0$, нужно взять за приближённое значение корня середину между последними двумя точками: $ \wt x=\dfrac{x_i+x_{i-1}}{2}$. Поскольку по теореме о корне непрерывной функции

 Свойство 1: (Первая теорема Вейерштрасса (Вейерштрасс Карл (1815-1897)- немецкий математик)). Функция, непрерывная на отрезке, ограничена на этом отрезке, т.е. на отрезке [a, b] выполняется условие –M £ f(x) £ M.

 

Доказательство этого свойства основано на том, что функция, непрерывная в точке х0, ограничена в некоторой ее окрестности, а если разбивать отрезок [a, b] на бесконечное количество отрезков, которые “стягиваются” к точке х0, то образуется некоторая окрестность точки х0.

Свойство 2: Функция, непрерывная на отрезке [a, b], принимает на нем наибольшее и наименьшее значения.

Т.е. существуют такие значения х1 и х2, что f(x1) = m, f(x2) = M, причем

m £ f(x) £ M

Отметим эти наибольшие и наименьшие значения функция может принимать на отрезке и несколько раз (например – f(x) = sinx).

Разность между наибольшим и наименьшим значением функции на отрезке называется колебанием функции на отрезке.

 

Свойство 3: (Вторая теорема Больцано – Коши). Функция, непрерывная на отрезке [a, b], принимает на этом отрезке все значения между двумя произвольными величинами.

  [an error occurred while processing this directive]

Свойство 4: Если функция f(x) непрерывна в точке х = х0, то существует некоторая окрестность точки х0, в которой функция сохраняет знак.

 

Свойство 5: (Первая теорема Больцано (1781-1848) – Коши). Если функция f(x)- непрерывная на отрезке [a, b] и имеет на концах отрезка значения противоположных знаков, то существует такая точка внутри этого отрезка, где f(x) = 0.

 

Т.е. если sign(f(a)) ¹ sign(f(b)), то $ х0: f(x0) = 0.

 

Определение. Функция f(x) называется равномерно непрерывной на отрезке [a, b], если для любого e>0 существует D>0 такое, что для любых точек х1Î[a,b] и x2Î[a,b] таких, что

ïх2 – х1ï< D

верно неравенство ïf(x2) – f(x1)ï < e

 

 Отличие равномерной непрерывности от “обычной” в том, что для любого e существует свое D, не зависящее от х, а при “обычной” непрерывности D зависит от e и х.

 

 Свойство 6: Теорема Кантора (Кантор Георг (1845-1918)- немецкий математик). Функция, непрерывная на отрезке, равномерно непрерывна на нем.

(Это свойство справедливо только для отрезков, а не для интервалов и полуинтервалов.)

 

 Пример.

 

 

 

 Функция  непрерывна на интервале (0, а), но не является на нем равномерно непрерывной, т.к. существует такое число D>0 такое, что существуют значения х1 и х2 такие, чтоïf(x1) – f(x2)ï>e, e - любое число при условии, что х1 и х2 близки к нулю.

 

 Свойство 7: Если функция f(x) определена, монотонна и непрерывна на некотором промежутке, то и обратная ей функция х = g(y) тоже однозначна, монотонна и непрерывна.

  [an error occurred while processing this directive]

 Пример. Исследовать на непрерывность функцию и определить тип точек разрыва, если они есть.

 

 

 

в точке х = -1 функция непрерывна в точке х = 1 точка разрыва 1 – го рода 

 

 

 у

 3

 

 2

 

Если подынтегральная функция содержит радикал , а > 0, то можно положить = = а sin t.

 Так как выражение имеет смыл только при |x| £ a, то и первообразная ищется на промежутке –а < x < a, следовательно, можно считать, что  тогда = а cos t.

II. Если подынтегральная функция содержит радикал , а > 0, то можно положить .

  В этом случае первообразная ищется на луче х > а или на луче х < –а. Так как нет никаких оснований предпочесть один луч другому, то можно выбрать тот луч, на котором будет более простая запись преобразованного подынтегрального выражения, т.е. луч х > а, тогда берем и = a tg t.

 В этом же случае можно сделать замену х = а ch t, тогда .

III. Если подынтегральная функция содержит радикал , а > 0, то можно положить х = а tg t. Функция х = а tg t непрерывно дифференцируема на интеграле (), при этом промежутком изменения х является числовая прямая, поэтому

.

Математический анализ Типовые расчеты по математике