Granice funkcji

Analiza matematyczna I / Granice funkcji 1/35
Granice funkcji
w tym: wstępne wiadomości na temat pochodnych; funkcji
cyklometrycznych
Jak to na naukowe dzieło przystało, jakieś wymagania. Otóż, dobrze jest umieć liczyć
granice ciągów, bo w wielu przypadkach granice funkcji będzie się liczyć podobnie, a nawet
identycznie... W niektórych przypadkach liczenie granic funkcji powinno być łatwiejsze, bo
intuicyjnie niektóre właściwości można zauważyć z wykresu funkcji.
Oczywiście, znów nie kosmos, chociaż niejednokrotnie zaatakujemy ambitniejsze dzieła.
Więc dobrze, gdybyście znali lansowaną na wykładzie regułę balonową , umieli liczyć jakieś
proste granice wyrażeń typu pierwiastek minus pierwiastek . Poza tym, również granice z liczbą e,
mniej więcej takie, jak na wykładzie.
Dobra, koniec pieprzenia, przejdzmy do konkretów.
1. Granice trochę teorii
Pojęcie, z którym mam ambitny plan się zmierzyć, jest kluczowym pojęciem analizy
matematycznej. Słowo granica jest chyba najważniejszym słowem w całej tej zabawie. Słowem,
które odróżnia, przepraszam za bluznierstwo, schematyczną algebrę czy nielogiczną logikę od
kombinatorskiej analizy.
Słowo granica , coś dąży do czegoś spowodowało powstanie takiego dziwnego tworu
jak pochodna. Słowo nieskończenie wiele części było zalążkiem czegoś, co dzisiaj nazywamy
całkowaniem... cokolwiek to dziwne słowo znaczy. Ba, granice przydają się nawet przepraszam
za stek bluznierstw, jeżeli będziecie chcieli mnie ukrzyżować, to kupcie dobre gwozdzie, żeby
utrzymały moje grube cielsko w informatyce. Bo przecież złożoność algorytmu, oznaczana przez
duże jajo O , odpowiada na pytanie Jak bardzo komputer się będzie męczyć, jak będę mu
wpieprzać coraz więcej danych ?
Niestety, kiedyś się zdarzyło tak, że jakiś pewno napierdolony w trzy dupy jakiś tam Cauchy
czy inny Weierstrass, siadł se przy jakimś rysunku funkcji, na przykład takiej:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 2/35
...pomyślał co to kurwa jest? . Zapewne, odstawił cygaro, fajkę, jointa, kufel piwa,
kieliszek bimbru czy co tam miał pod ręką, pokiwał się trochę nad rysunkiem... i zadał pytanie,
które daje o sobie znać wszystkim studentom politechnik:
A co, yyyyk, kurwa będzie, jak ja będę napierdalał z funkcją w nieskończoność ? No
dobra, zobaczył przed sobą nieskończone wizje, można mu wybaczyć.
Ale zadał sobie trochę dziwniejsze pytanie:
Kurwa... yyyyyk... a jak se pierdolnę zajebistego zooma, w ten środek funkcji... yyyyk ...
ale taki naprawdę zajebisty zoom, to co kurwa mi wyjdzie ?
Właśnie, co nam wyjdzie z takiego zapytania? Co się dzieje z jakąś tam funkcją, gdy
będziemy z czymś do czegoś dążyć? Na to pytanie próbujemy sobie odpowiedzieć, stosując
granice.
Spójrzmy na poniższy, zerżnięty (niczym klient na stacji paliw) z Wikipedii wykres:
Mamy sobie jakiś tam wykres. I zadajmy sobie takie normalne (oczywiście, jak na
studentów politechnik przystało) zapytanie: Co się będzie działo z funkcją, jak my z iksami
będziemy napierdalać do chuj wie jak daleko (bardziej przyziemnym językiem do
nieskończoności)? Teoretycznie, możemy od razu odpowiedzieć: wykres będzie coraz bliżej liczby
2 . No dobra, ale skąd my to mamy wiedzieć? A może gdzieś w trakcie ta funkcja zacznie sobie
skakać z góry na dół? Udowodnimy, że dąży do 2, najpierw zapisując to sobie w normalny,
matematyczny sposób:
2 x-1
lim
x�ą2
xŚą"
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 3/35
Zabawa polega na obliczeniu tejże granicy. Na początku od razu widzimy, że nie możemy
od razu podstawić nieskończoności, koniec, zadanie skończone, możemy iść do domu:
2 x-1
"
lim =[ ]
"
x�ą2
xŚą"
Jeżeli mamy takiego zwierzaczka po prawej stronie, to niestety, nie możemy sobie skracać
nieskończoności przez nieskończoność. Dlaczego? Lepiej pomińcie ten akapit, żeby nic złego nie
wylazło... Mówiąc w skrócie nieskończoność nieskończoności nierówna, z powodu różnych
rzeczy, związanych z przeliczalnością zbiorów i nieskończonościami typu alef zero (taka
naturalna i przeliczalna nieskończoność) i continuum (nieprzeliczalna i jeszcze większa
nieskończoność).
Mniejsza z tym mąceniem we łbie, to po prawej stronie równości to jeden z symboli
nieoznaczonych, których kompletną, złożoną z 7 wyrażeń listę możecie ściągnąć z neta.
Z czego korzystamy? Tutaj możemy skorzystać z reguły balonowej , podawanej na
wykładzie, czyli patrzymy, jakie stopnie wielomianów są na górze (w jakiej największej potędze
jest zmienna) i na dole.
Tutaj widzimy wyraznie, że:
2 x-1 stopień:1
lim =[ ]
x �ą2 stopień:1
xŚą"
Jeżeli licznik i mianownik są tego samego stopnia, to oczywiście liczymy to, co stoi przy
tych największych potęgach:
2 x-1 2=2
lim =
x�ą2 1
xŚą"
Nasza granica wynosi 2. Możemy więc odpowiedzieć na pytanie A co będzie, jeżeli... w
kulturalny sposób: Im większy x, tym bliżej wartość funkcji będzie liczby 2 lub Przy x
dążącym do nieskończoności, wartość funkcji będzie dążyć do liczby 2 .
I cała nasza zabawa polega właśnie na odpowiadaniu na pytania A co będzie, jeżeli iks
będzie dążyć do jakiejś tam wartości ? (niekoniecznie do nieskończoności, może dążyć do jakiejś
tam liczby!
Ponieważ, wiecie, chłop jest ciekawski, lubi ogólnie patrzyć na łuki czy wypukłości
(chociaż niekoniecznie na płaskim, zimnym i bezdusznym rysunku), to zadam se teraz takie
pytanie:
A co się dzieje z wykresem, jeżeli będę teraz lazł w drugą stronę, tzn. jak będę jechał
iksem do nieskończoności... do minus nieskończoności .
No właśnie, co wtedy będzie? Z wykresu widzimy, że również, jak z całym interesem
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 4/35
będziemy szli w lewo, to też będziemy coraz bliżej liczby 2.
A sprawdzmy to:
2 x-1
-"
lim =[ ]
-"
x �ą2
xŚą-"
Znów: nieskończoność przez nieskończoność, dupa zbita.
Jestem chłopem strachliwym... zwłaszcza, jak kobieta krzyczy, to mam ochotę wybuchnąć
płaczem i skomleć jak pies proszę... proszę przestać, ja się boję, buuuu . Normalnie, bym tak robił,
gdyby nie ludzie, którzy zmuszają mnie do jakiegoś tam poziomu. Więc, jestem strachliwy i nie
odważę się za Chiny próbować coś kombinować z reguły balonowej.
Poradzę sobie w inny sposób, mianowicie powyłączam iksa przed nawias:
1
x ( 2- )
2 x-1 x
lim = lim
x �ą2 2
xŚą-" xŚą-"
x (1�ą )
x
I teraz taka mała, tfu, analiza:
Jak w tym ułamku będziemy iks w
pizdu zmniejszać do minus
nieskończoności, to cały ułamek będzie
mieć wartość [minus 1/ coś bardzo
dużego ], więc cały ułamek będzie
1
tyci, tyci mały, mikroskopijny, czyli
x( 2- )
prawie niezauważalny... Do piachu z
x
lim
nim!
2
xŚą-"
x( 1�ą )
x
Jak wyżej też cały ten ułameczek
będzie coraz mniejszy, coraz mniejszy,
coraz mniejszy... czyli dąży do Zio...
zera.
I teraz patrząc na to, co powymyślaliśmy:
1
x( 2- )
x 2-0 2
= =2
lim =
2 1�ą0 1
xŚą-"
x( 1�ą )
x
Wniosek z tego jest taki: jeżeli stopień góry i stopień dołu jest taki sam, to współczynniki
przy najwyższych potęgach dzielę tak, jak normalnie w regule balonowej , obojętnie, czy idę w
plus, czy minus nieskończoność.
Dobra, dobra...
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 5/35
Raz jeszcze wykres:
Mamy sobie zaje... fajną funkcję. A ja
sobie zadam pytanko: dobra, tępy chuju,
świecisz wiedzą niczym pies jajami na
Wielkanoc, to spróbuj no mi odpowiedzieć, co
będzie się działo, jak będziemy szli do liczby
( 2) ?
No właśnie, tutaj... eee... no właśnie...
yyy... co tu zrobić? Zauważmy, że jak
postawimy bezczelnie ( 2) do wzorku, to u
góry wyjdzie nam ( 5), a na dole zero. A jak
wiemy, cholero, nie dziel przez jebane zero.
Jest jednak jeszcze gorzej.
Cokolwiek / zero nie jest symbolem
nieoznaczonym. Jest zle... a właściwie
beznadziejnie, bo nie mamy jak zamieszać
licznikiem i mianownikiem, by na dole była
jakaś ładna wartość. Powiemy tak... no trudno,
spróbujemy coś z tym fantem zrobić, chociaż ja
sam nie wiem, co. Nadzieja matką głupich, a więc, ruszajmy na Berlin.
2. Prawy do lewego
Podejdz do własnych drzwi wyjściowych z mieszkania czy domu. Pewno masz od wewnątrz
elegancko obite, z jakimś miłym, miękkim materiałem, aż chciałoby się macać i... no, muszę się
uspokoić, to nie miejsce na moje fantazje. Wróć masz od wewnątrz miękko obite drzwi, więc jak
nawet, mówiąc kolokwialnie, rozpędzisz się i zapierdolisz w nie z całej siły to się za wiele nie
obijesz. Spójrz w okolicy masz na pewno nabitą wiatrówkę. Czujesz radość, bo jak znów jakiś
roznosiciel reklam/akwizytor zadzwoni, bo ma coś fajnego, to z uśmiechem na ustach możesz mu...
strzelić z wiatrówki gdzie tylko chcesz.
Wyobraz sobie teraz faceta, który rzyga ulotkami. Podchodzi do tych samych drzwi z
drugiej strony, by rzucić w Ciebie ulotkami, dodatkowo na klamce zawiesi jakąś reklamę z
Telepizzy. Cóż on widzi? Bezduszne, drewniane, metalowe czy betonowe drzwi, w kolorze szarości
życia. Z pewnością nie miałby ochoty na crash-testy, bo połamałby się, bidulka, przy szybszym
kontakcie z drzwiami. Co więcej, czuje strach, bo zaraz ktoś otworzy drzwi, wystrzeli mu z
wiatrówki w głowę, co będzie bardzo niedobre.
Ach, rozmarzy się filozof, jedne drzwi, te same, dwie strony, a jakże inne humory.
Niestety, granice funkcji mają coś z filozofii. Możemy do jakiegoś punktu podchodzić to z
jednej, to z drugiej strony... w sumie, to z prawej albo lewej strony. Jeżeli podchodzimy i liczymy
granicę z prawej strony, to mówimy o granicy prawostronnej, jeżeli z lewej to o granicy
lewostronnej.
Co więcej, taki numer zrobimy w tym naszym wykresiku, by znalezć te głupie granice, by
odpowiedzieć na to dręczące pytanie Co się dzieje z funkcją, gdy będziemy podchodzić do ( 2)...
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 6/35
Teraz spróbuję powoli powiedzieć, jak będę leciał z motyką na słońce, a Państwa proszę o
bardzo powolne i spokojne czytanie, nawet notowanie na boku, czasem o spojrzenie na wykres.
Otóż, spróbujmy sobie podejść do iksa równego ( 2) z prawej strony, co też oznaczymy tak:
2 x-1
lim
x�ą2
xŚą-2+
Ponieważ edytor trochę szwankuje, zoom na to, co pisze pod limesem:
x -> 2 +
Najważniejszy jest ten mały plusik , zapisany tak, jakby to minus dwa było do potęgi
plus . Taki zapis oznacza, że liczymy granicę prawostronną. Chociaż de facto oznacza to coś w
rodzaju: iks będzie tyci, tyci, minimalnie, jak się tylko da WIKSZY od ( 2).
Licznikiem ( góry ) tego naszego limesa:
2 x-1
lim
x�ą2
xŚą-2+
nie ma co przejmować będzie równy ( 5), czy to się nam podoba, czy też nie.
Pobadajmy mianownik:
x + 2
Powyobrażajmy sobie trochę. Za iksa podstawiamy liczbę odrobinkę większą od ( 2), czyli
na przykład, ( 1,999999999... i tam dużo tych dziewiątek). Co nam wyjdzie?
1,999999999 + 2 = 0,00000000000....1
Wyjdzie nam minimalna, wręcz mikroskopijna (niczym moje słownictwo i dobry ton)
liczba. Takie prawie, aż się wyrażę nieformalnie, zero dodatnie. Ale prawie robi wielką różnicę.
Wyobrażamy sobie dalej. Pamietamy w liczniku będzie ( 5), natomiast w mianowniku
jakaś mikroskopijna liczba, którą sobie napisałem w ten sposób:
0,00000000000....1
Jeżeli zapiszemy to w formie ułamka, to będzie:
1/100000000000000... i dużo, dużo tego. Ba, nawet zapiszę sobie w ten sposób:
1
(*)
bardzodużo
Eksperymentujmy dalej. Zapiszemy sobie, co wiemy:
2 x-1 -5
= (tak w pijackim przybliżeniu )
x�ą2 1
bardzo dużo
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 7/35
Zauważmy, że jeżeli w mianowniku jest ułamek to my go możemy wyrzucić do góry,
zamieniając górę z dołem mianownika :
-5
=-5"bardzodużo=-5"bardzodużo
1 1
bardzo dużo
Hmm... nie jestem wybredny, dla mnie bardzo dużo będzie oznaczać nieskończoność
-5"bardzo dużo=-5""=-" (**)
Teraz trochę formalności. Przypomnę, co mamy napisane pod limesem:
x -> 2 +
czyli iks dąży do liczby odrobinkę, wręcz mikroskopijnie większej od ( 2).
Teraz przypomnijmy, co pomajstrowaliśmy w mianowniku tej całej, tfu, funkcji
(oznaczyliśmy gwiazdką na poprzedniej stronie):
1
bardzodużo
Widzimy, że będzie to liczba mikroskopijnie większa od 0. A więc... sam mianownik
możemy sobie, a co mamy do stracenia, zapisać jako 0+ :
1
H"0+
bardzodużo
2 x-1 -5
= (tak w bardziej trzezwym przybliżeniu)
x�ą2
0+
Więc trochę formalności. Wracamy do połowy poprzedniej strony, spójrzmy na wzór i
popodstawiajmy, co wiemy:
2 x-1
lim =-5
x�ą2
xŚą-2+ 0+
A jak wyliczyliśmy niedawno to wyrażenie (oznaczone dwoma gwiazdkami):
-5
=-"
0+
Więc cała nasza granica będzie równa:
2 x-1
lim =-"
x�ą2
xŚą-2+
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 8/35
Dąży do minus nieskończoności, pomimo, że w pierwszej chwili jakieś głupoty mogły
powychodzić... Spójrzcie na wykres (gdzieś w okolicach początku piątej strony). Zauważcie, że jak
będziemy podchodzić do ( 2) z prawej strony, to wartość będzie lecieć, niczym notowania Małysza
w poprzednim sezonie, na łeb, na szyję w dół... czyli właśnie do minus nieskończoności.
Już trochę szybciej pomajstrujemy z lewej strony.
2 x-1
lim
x�ą2
xŚą-2-
Ponownie zoom na to, co jest pod limesem:
x -> 2 --
Znów tak jakby mamy nietypowy znaczek przy potędze tym razem jest to minusik .
Oznacza to, że podchodzimy z lewej strony. Czyli teraz iks będzie tyci, tyci, minimalnie, jak się
tylko da MNIEJSZY od ( 2).
Poeksperymentujmy. Znów licznik będzie równy ( 5).
Natomiast mianownik:
x + 2
Za iksa wstawiam coś mikroskopijnie mniejszego od ( 2), na przykład
(-
2,000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000...1)
Wynik eksperymentowania z mianownikiem będzie następujący:
( 2,0000000...1) + 2 = 0,00000000000....1
Zapiszmy to w postaci ułamka
-1 -1
-0,000000000...1= H"
(***)
1000000000...0 bardzo dużo
Czyli, teraz eksperymentując znów z głównym wzorem funkcji
2 x-1 -5
= (tak w pijackim przybliżeniu )
x�ą2 -1
bardzo dużo
Czyli:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 9/35
-5
=-5"bardzo dużo
-1 -1
bardzo dużo
Zauważmy, że w liczniku mamy minusa... a w mianowniku również. Więc, wiedząc, że
minus podzielone przez minus da plus, to te minusy się skasują :
-5"bardzodużo =5"bardzodużo
-1
Tutaj również nie będę wybredny bardzo dużo to dla mnie w chuj, pizdu dużo , co dla
normalnego człeka znaczy nieskończoność :
5"bardzodużo=5""=" (****)
Wróćmy do wyrażenia, które napisałem z trzema gwiazdkami:
-1
bardzodużo
Zauważmy, że to będzie jakiś maciupeńki, mikroskopijny niczym mój... eee... rozum ułameczek, co
więcej będzie on ujemny. Ponieważ ujemny to będzie tyci, tyci mniejszy od zera, co możemy
zapisać mniej więcej tak:
-1
H"0--
bardzodużo
Znów niestety trzeba będzie zakręcić rolką w myszce bądz pomiziać po taczpadzie , by się wrócić
do ogólnego wzoru i podstawić, co nam tam powychodziło:
2 x-1
lim =-5
x�ą2
xŚą-2-- 0--
A to cudo równa się nam [spójrz na to, co było pod czterema gwiazdkami]:
-5
="
0--
Czyli cała nasza granica równa się (jak można też sprawdzić na wykresie, gdzie po lewej stronie
minus dwójki idzie w górę):
2 x-1
lim ="
x�ą2
xŚą-2--
Ufff... jak doszliście do tego momentu i mniej więcej zrozumieliście, o co chodzi z
podchodzeniem z lewej i prawej strony, to spokojnie możecie otworzyć sobie piwko teraz
powinno być z górki, jeżeli chodzi o rozwiązywanie takich przykładów. Trzeba sobie mniej więcej
wyobrazić , do jakiego iksa my dążymy czy minimalnie większego od danej liczby, czy
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 10/35
minimalnie, tyci, tyci , maciupeńkiej, mikroskopijnie mniejszej od liczby.
Tak, już tytułem formalności... zapiszmy sobie, co nam wyszło po lewej i po prawej stronie:
2 x-1
lim =-"
x�ą2
xŚą-2+
i:
2 x-1
lim ="
x�ą2
xŚą-2--
Jeżeli granice po lewej i prawej stronie ( lewostronna i prawostronna ) będą różne, to se
głośno możemy krzyknąć w pijackim bełkocie:
Granica w jakimś tam punkcie - u nas ( 2) nie istnieje.
Przez to nie wolno napisać nam po prostu tak:
2 x-1
lim
x�ą2
xŚą-2
bo taka granica po prostu nie istnieje. Możemy pisać, że idziemy do minus dwa z lewej, czy
prawej strony, ale tak bez niczego... się po prostu nie da.
Samo znajdowanie granic jednostronnych, poza znajdowaniem asymptot (czyli prostych, do
których dąży wykres w nieskończonościach, punktach wyrzuconych z dziedziny i kilku innych),
jest potrzebne przy znajdowaniu, albo w sumie uzasadnianiu, że mamy coś takiego, jak pochodną w
danym punkcie, a dalej to już się ciągnie samo. Prawdę mówiąc, gówno nas obchodzi na razie
pochodna, zajmijmy się jednym z mniej skomplikowanych zastosowań granic jednostronnych.
Przykład:
Zbadać, obliczając granice jednostronne, czy istnieją podane granice:
E śą xźą
lim
a)
x
xŚą0
cos2 x-sin2 x
lim
b)
#"2 x- #"

xŚą
2
Mówiąc inaczej, jesteśmy proszeni w tym zadaniu o znalezienie granicy lewostronnej (czyli
podchodzimy do danej liczby z lewej strony), granicy prawostronnej (czyli z prawej strony
podłazimy) i w automagiczny sposób ma to nam dać wynik.
Może da, może nie da, obadajmy przykład a)
Ad. a)
Mamy taką granicę:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 11/35
E śą xźą
lim
x
xŚą0
Małego wyjaśnienia wymaga funkcja E(x). Po francusku nazwa funkcji brzmi Entier, po
angielsku Integer (jeszcze zdążycie znienawidzić tę nazwę), a co ona w sumie robi? Wrzucamy w
nią liczbę rzeczywistą, a funkcja wypluwa nam najmniejszą liczbę całkowitą, która powstaje przez
wyjebanie tego, co jest po przecinku. Kilka przykładów z liczbami dodatnimi:
E(2,5) = 2 ; E(2,999999) = 2 ; E(0,24) = 0 ; E[10,(1)] = 10
E(0) = 0 ; E(1000) = 1000.
Trochę inaczej wygląda sprawa z liczbami ujemnymi, gdyż tutaj też wywalamy ułamek, ale
siły nieczyste przyciągają nas nie do tej liczby, która zostanie przez wypierdolenie w siną dal tego,
co po przecinku, tylko do liczby o jeden mniejszą. Kilka przykładów:
E( - 2,5) = - 3 ; E(- 2,99999999) = - 3; E(- 0,24) = - 1 ; E[- 10,(10)] = - 11
E(- 1000) = - 1000.
Wykorzystamy to. Policzmy granicę lewostronną:
E śą xźą
lim
x
xŚą0--
Zauważmy, że mianownik - x będzie ociupińki, mikroskopijnie mniejszy od zera. Spójrzcie
na kolejny zaawansowany rysunek:
Strzałką zaznaczyłem miejsce, gdzie będziemy latać z iksem. Będzie to liczba tyci, tyci
mniejsza od zera. Czyli np. ( 0,00000000000000...1)... czyli możemy zapisać, że x = 0 --.
E śą xźą E śą x źą
lim =lim
x
xŚą0-- xŚą0-- 0--
Spójrzmy na górę, czyli licznik. Mamy E(x). Zapisałem, że x będzie bardzo malutko się
różnić od zera, czyli będzie wynosić z ( 0,00000000000000...1).
Zauważmy, że będzie to, choćbyśmy stękali i nie wiem, co byśmy zrobili albo jak bylibyśmy
wkurwieni, będzie to liczba ujemna.
A popatrzmy na górę, na przykłady. Jeżeli wjebiemy w E(x) jakąś liczbę ujemną z
ułamkiem, to wypierdalamy ułamek, a część całkowitą zmniejszamy o 1. Czyli:
E(x) = E( 0 -- ) = (w przybliżeniu) E( - 0,00000000000000...1) = -1
Podstawmy to, co sobie wydedukowaliśmy:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 12/35
E śą xźą E śą xźą
lim =lim =-1
x
xŚą0-- xŚą0-- 0-- 0--
Na górze mamy coś ujemnego, a na dole jakąś tam minus maciupeńką liczbę. Zauważmy
jednak, że taka liczba będzie mieć ogromny mianownik.
Czyli:
-1 -1 1
= =
0-- -1 1
" "
Dzielenie to pomnożenie przez odwrotność:
1
=1""="
1
"
Zapiszmy, jaki będzie ostatecznie wynik:
E śą xźą
lim ="
(*)
x
xŚą0--
Teraz trochę szybciej zrobimy granicę prawostronną:
E śą xźą
lim
x
xŚą 0+
Znów zaznaczyłem strzałką miejsce, gdzie będziemy latać tym razem będzie to po prawej
stronie liczby 0.
Zaczynając tym razem od licznika zauważmy, że to będzie jakiś malutki ułamek, na
przykład: x = 0,00000000000...1. Niestety, jak byśmy nie kombinowali, funkcja E(x) spowoduje w
tym przypadku, że możemy ułamkowi pośpiewać w stylu znanego utworu zespołu Karramba:
Pocałuj mnie w dupę i jak gówno poczuj się // bo ze wszystkich sił ja dzisiaj pierdolę cię .
E(x) = E(0 +) = (w przybliżeniu) E (0,000000000000000...1) = 0
W liczniku będziemy mieć jakieś gówienko, więc:
E śą x źą
0
lim =
x
xŚą0+ 0+
Zauważmy, że jeżeli mamy w liczniku 0 no nie ma siły, cały ułamek będzie równy 0:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 13/35
0
=0
0+
Czyli:
E śąxźą
lim =0
(**)
x
xŚą 0+
Porównajmy teraz to, co oznaczyłem gwiazdkami w tym przykładzie:
E śą xźą
lim ="
(*)
x
xŚą0--
i
E śą xźą
lim =0
(**)
x
xŚą0+
Widzimy wyraznie, że (mądrząc się głupim, matematycznym językiem):
E śą xźą E śą xźą
lim `"lim
x x
xŚą0-- xŚą0+
E śą xźą
lim
Granice po obydwu stronach są różne, więc nie istnieje.
x
xŚą0
Ad. b)
Mamy obadać taką granicę
cos2 x-sin2 x
lim
#"2 x- #"

xŚą
2
W liczniku od razu nie będziemy się specjalnie pieprzyć skorzystamy ze wzoru:
cos 2 x sin 2 x = cos 2x.
cos2 x-sin2 x cos 2 x
lim = lim
#"2 x- #" #"2 x- #"

xŚą xŚą
2 2
Jedziemy z lewą stroną:
cos 2 x
lim
--
#"2 x- #"

xŚą
2
Znów, na spokojnie, rozpierdolmy mianownik i licznik.
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 14/35
Zauważmy w liczniku... a nie, nic nie będziemy zauważać, zdecyduję się na dosyć
kontrowersyjny krok. Otóż, cosinus z (180 stopni) jest równy chyba ( 1). Decyduję się po
prostu... na podstawienie za x wartości /2, bez żadnego patrzenia w lewą czy prawą stronę. Za
chwilę, dla dociekliwych wyjaśnię po rozwiązaniu przykładu, czemu tak montuję.
cos 2 ( /2) = cos = ( 1)
Popatrzmy na mianownik. Mamy wyrażenie:
| 2x - |
Zauważmy, że jeżeli teraz policzymy granicę lewostronną przy x jadącym do /2, to wyjdzie coś
takiego:
| 2 ( /2) -- | = | -- |
Za iksa podstawiamy prawie /2 , po pomnożeniu przez dwa wychodzi prawie .
Jeżeli teraz wykonamy działanie:
prawie, mikroskopijnie brakuje odjąć
to wychodzi nam, że zostanie nam jakieś gówienko na minusie:
-- = 0 --
Ale mamy wartość bezwzględną:
| 0 -- |
Co oznacza, że niestety, tego sterczącego minusa, proszę ja Panów, bardzo przykra czynność
trzeba uciąć:
| 0 -- | = 0 +
Dlaczego tak? Zauważmy, że symbol |0 | możemy zapisać jako:
1
+
#"0--#"=#"-1#"=
" "=0
Wracamy do granicy:
cos 2 x
lim
--
#"2 x- #"

xŚą
2
i wstawiamy, co nam tam wyszło:
cos 2 x
lim =-1 =-"
(*)
--
#"2 x - #"
0+
xŚą
2
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 15/35
Niezle, niezle... ale nie beznadziejnie.
No to montujemy prawą stronę:
cos 2 x
lim
+
#"2 x- #"

xŚą
2
Licznik ponownie oszukuję i od razu wstawię:
cos 2 ( /2) = cos = ( 1)
A mianownik? Teraz wstawiam coś mikroskopijnie większego od /2 :
| 2 ( /2) + | = | + |
Coś niezauważalnie większego od minus da niewątpliwie to coś :
| + | = | 0 + |
A ponieważ pod modułem (tymi kreskami) mamy coś niewątpliwie większego od zera to
już nas gówno obchodzi wartość bezwzględna:
| 0 + | = 0 +
To wstawmy, co wiemy:
cos 2 x
lim =-1 =-"
(**)
+
#"2 x- #"
0+
xŚą
2
Porównajmy lewostronną granicę (*) z prawostronną (**):
cos 2 x cos 2 x
lim = lim =-"
-- +
#"2 x - #" #"2 x- #"

xŚą x Śą
2 2
Czyli: granica w punkcie x = /2 istnieje, ma się dobrze i wynosi minus
nieskończoność.
Dla dociekliwych, więc raczej nie czytajcie
Zgodnie z twierdzeniami dotyczącymi granic funkcji:
lim cos2 x
--

x Śą
cos 2 x
2
lim =
--
#"2 x - #" lim #"2 x- #"

xŚą
--

2
xŚą
2
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 16/35
Ponieważ cosinus jest funkcją elementarną (i ciągłą w całej dziedzinie), to z zgodnie z
definicją granicy funkcji:

lim cos 2 x=cos( 2" )=cos =-1
2

xŚą
2
Więc granica prawostronna i lewostronna są równe i są równe właśnie ( 1).
To jest oczywiście moje tłumaczenie, zupełnie nieoficjalne, ale raczej błędne.
Przyznam się szczerze taka była odpowiedz w odpowiedziach, przykłady notabene zostały
zaczerpnięte z książki tandemu Gewert&Skoczylas (Analiza Matematyczna I: Przykłady i zadania).
Pytanie kiedy stosujemy właśnie takie sprawdzanie z lewej czy prawej strony,
dochodzenia do jakichś tam prawie wartości, itp.?
Wydaje mi się (ale to ponownie, żadna podręcznikowa definicja):
1) kiedy liczymy sobie legalnie granicę i w mianowniku wyłazi nam zero, a w liczniku jakaś
całkiem spokojna liczba wtedy warto policzyć granicę z lewej, prawej strony, może wyjdzie jakaś.
Tak, jak w drugim przykładzie w mianowniku normalnie podstawiamy /2, wychodzi w
mianowniku 0, w liczniku legalna liczba... Nie żaden symbol nieoznaczony , więc znak, że dobrze
idziemy, ale musimy problem zarąbąć z obydwu stron.
2) kiedy nas o to ładnie proszą (typu zbadaj, czy w oparciu o granice jednostronne dana
granica istnieje)
3) przy szukaniu asymptot (jak w wykresie ze strony piątej)
4) gdy mamy jakąś dziwną funkcję, która lubi, nie wiadomo skąd i ku złości studenta
zmienić znak typu E(x) czy sgn(x)
sgn(x) - zwraca (-1), gdy znak argumentu jest ujemny, zwraca 0 gdy argument jest zerem i
zwraca 1 gdy argument jest dodatni.
5) przy liczeniu kiedy funkcja jest różniczkowalna w każdym punkcie lub policz f III (x)
włącznie - ale to nas na razie gówno obchodzi, prawdę mówiąc, napisałem to z czystej próżności
6) obliczaniu całek oznaczonych itp. z definicji tym bardziej mamy ten punkt teraz w
dupie.
Jednak, głównym symbolem analizy matematycznej jest to nieszczęsne limes w którym się
przeważnie lewą czy prawą stroną jednak nie zajmujemy, przykłady nie są tak jebnięte, jak podane
przeze mnie. Warto więc nauczyć się dobrze liczyć zwykłe granice, w których trzeba czasem
pokombinować, stosując chwyty kontrowersyjnie niczym pewien angielski sędzia...
3. Nieczyste zagrania
Do liczenia granic przyda się nam kilka wzorków:
a)
sin x
lim =1
x
xŚą 0
Udowodnienie za pomocą np. twierdzenia o trzech funkcjach (analogiczne, jak tw. o trzech
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 17/35
ciągach) lub mniej finezyjnych metod.
b)
tg x=1
lim
x
xŚą0
Dowód chyba jak wyżej, chociaż nawet tego nie sprawdzałem. Tak jest w tablicach i tak
ma być.
c)
1
lim (1�ą )x=e
x
xŚąą"
Wzór niemal taki sam, jak przy ciągach.
Dodatkowo, wiele razy może nam uratować skórę taka zależność:
ab = e b * ln a
gdzie ln a to logarytm naturalny z liczby a. To kilka takich najczęściej spotykanych, a kilka
jeszcze z pewnością znajdziecie w guglach .
Obliczmy sobie kilka granic:
Przykłady:
x
sin
2
lim
a)
x
xŚą0
sin
3
tg 3x
lim
b)
xŚą0-- x3
cos5x
lim
c)
cos3x

xŚą
2
Ad. a)
Tutaj korzystając z takiej własności, że możemy osobno pierdolnąć granice mianownika i
licznika możemy tak se napisać:
x x
sin lim sin
2 2
xŚą 0
lim =
x x
xŚą0
sin lim sin
3 3
xŚą 0
Pogapmy się w licznika:
x
lim sin
2
xŚą0
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 18/35
Niewątpliwie, brakuje nam iksa na dole, by skorzystać ze wzorku z połowy poprzedniej
strony... No to sobie musimy go zrobić:
x
x 2 ...
lim sin =lim sin
2 x
xŚą0 x Śą0
I to byłaby prawie prawda, tylko że nie możemy ot tak se zmienić wartości ułomka. Dlatego
na górze też dopiszemy se iksa:
x
sin "x
x 2
lim sin =lim
2 x
xŚą0 x Śą0
Zauważcie, że iksy po prawej stronie możemy sobie niewinnie skreślić i otrzymamy to, co
po lewej stronie, czyli wszystko gra, nic nie zapierdoliliśmy sobie z ułamka, wszyscy się cieszą.
Nie mniej jednak, dobrze, gdyby dół był równy x/2 (żeby skorzystać z nieczystych wzorów),
więc pomnóżmy górę i dół przez � (zauważcie, że znów nic złego się nie stanie możemy znów
skrócić połówki i prócz niezłego kaca po tym skracaniu dnia następnego, nic się złego nie
stanie):
x x
sin "x sin "x"1
2 2 2
lim =lim
x 1
xŚą0 xŚą 0
x"
2
Czyli:
x"x"1 x" x
sin sin
2 2 2 2
lim =lim
1 x
xŚą0 x Śą0
x"
2 2
Korzystając ze wzoru:
sin x
lim =1
x
xŚą0
To coś w
kształcie
Obliczymy w kawałku granicę:
nerki dąży
x" x do 1
sin
2 2
lim
x
xŚą0
2
Czyli:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 19/35
x" x
sin
2 2 x
lim =lim
x 2
xŚą0 x Śą0
2
I zostawmy to w spokoju.
Analogicznie, poprzekształcajmy mianownik całego przykładu:
x" x
sin
x 3 3 x
lim sin =lim =lim
3 x 3
xŚą0 x Śą0 xŚą0
Dąży do
3
1
Zobaczmy, wciskając w przykład to, co wiemy:
x x x
sin lim sin lim
2 2 2
xŚą 0 x Śą0
lim = =
x x x
xŚą0
sin lim sin lim
3 3 3
xŚą 0 x Śą0
Wyrzućmy limesa przed to wszystko:
x x
lim
2 2
x Śą0
=lim
x x
x Śą0
lim
3 3
x Śą0
Podzielenie to inaczej pomnożenie przez odwrotność:
x
2 x 3
lim =lim "
x 2 x
xŚą0 x Śą0
3
Iksy się pójdą jebać i w ostateczności:
x 3 3 3
lim " =lim =
2 x 2 2
xŚą0 xŚą 0
Czyli:
x
sin
2 3
lim =
x 2
xŚą0
sin
3
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 20/35
I wsio.
Ad. b)
Rżnięcie tej granicy:
tg 3x
lim
xŚą0-- x3
nie powinno być o wiele trudniejsze od poprzedniego przykładu. Może nas trochę zmylić to,
do czego dąży iks (do zera z lewej strony), ale po pierwsze granica obustronna nie istnieje, a
poza tym, całkiem fajne rzeczy nam wyjdą.
Możemy cały przykład zapisać jako:
tg 3x tg 3x
lim =lim
xŚą0-- x3 xŚą 0-- x2"x
Przydałaby się trójka w mianowniku, a ponieważ studenci z reguły są liberalni i wszelkie
normy rzadko ich dotyczą, to:
tg 3x tg 3x"3
lim =lim
xŚą0-- x2"x xŚą0-- x2"x"3
Co da nam:
3"tg 3x 3
lim =lim
xŚą0-- x2"3 x xŚą0-- x2
Zauważmy, że ten zaznaczony przeze mnie zawodnik dąży do 1 (korzystamy z:
tg x=1
lim
x
xŚą0
(przy szukaniu granicy, jeżeli tylko widzimy jakieś znane wyrażenie, jakiś podany wcześniej
wzorek stosujemy go, olewając to, czy idziemy do liczby z jakiejś tam strony)
No i teraz mamy takie gówienko:
3
lim
xŚą0-- x2
Normalnie, powinniśmy powiedzieć kurwa mać . No bo w mianowniku zero, panika,
rozpacz, zjebaliśmy .
Nie do końca. Zauważmy, że właściwie, to za x wstawiam jakąś bardzo malutką liczbę.
Zróbmy taki krok:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 21/35
3 3
lim =
xŚą0-- x2 ( 0-- )2
Cokolwiek podniesionego do kwadratu (jeżeli ktoś przez chwilę pomyśli o liczbach
zespolonych, to znaczy, że jest podobnie jak ja grubym, opryszczonym kujonem z krzywymi
zębami) da zawsze coś na plusie.
A zauważmy, że jak jakieś gówienko, jakiś ułamek podniesiemy do kwadratu, to jeszcze
gorzej dla tego gówienka, bo wyjdzie nam liczba jeszcze mniejsza (przykład pomnóżcie połówkę
przez połówkę... broń Boże nie eksperymentować z żadnymi płynami wyjdzie liczba jeszcze
mniejsza).
Więc, niech historia i Bóg mi wybaczą, zapiszę coś takiego:
3 3
=
( 0--)2 0+
Jakaś liczba podzielona przez liczbę tam małą, że ja Ciebie nie mogę, wyniesie:
3
="
0+
Czyli cała nasza granica będzie się równać:
tg 3x
lim ="
xŚą0-- x3
Przed nami przykład najdziwniejszy, więc proszę się albo dobrze przygotować z funkcji
trygonometrycznych, albo spożyć pewne produkty, by Wasza kreatywność nie zawiodła mnie.
Ad. c)
Mamy do policzenia taki pasztet:
cos5x
lim
cos3x

xŚą
2
Hmm... tutaj od razu zauważamy, że siłowe wstawianie za wiele nam nie pomoże na górze
i na dole wypadnie nam zero.
Ale gdyby iks dążył do zera, to cosinus nam elegancko wypierdoli jedynkę (cosinus z zera
jest równy jeden)...
Zastosujemy trik podobny do tego, którym udowadniamy, że dana granica nie istnieje, czyli
my tą granicę ordynarnie zmienimy.
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 22/35

cos5 ( �ąu )

cos5x 2
x= �ąu
lim =lim
2
cos3x
u Śą0
[ ]
xŚą
cos3 ( �ąu )
uŚą 0
2
2
Boże Przenajświętszy, Panienko Najdroższa, co on tu znowu popisał i wymyślił?
Zauważmy, że jak iks jedzie do pi/2, to możemy powiedzieć, że iks równać się będzie
prawie pi/2 . Co to znaczy prawie? To znaczy, że będzie równy pi/2 plus jakieś nic nie znaczące
gówienko, które nazwę u (jak dUpa):
x = /2 + u
To gówienko będzie prawie równe 0 , co... a co mi tam, pobawmy się w mądrego ludzia, zapiszemy
sobie ot tak:

x=lim ( �ąu )
2
u Śą0
W tym momencie zachowujemy się podobnie jak głodujący student wśród ludzi na stołówce, czyli
podkradamy, co wymyśliliśmy, nie zastanawiając się, czy mądrze czynimy.
Z wyrażenia powyżej zapierdolimy sobie to, co stoi pod limesem, a by stwarzać pozory, że liczymy
nie jak inżynierowie (nie jestem pewien, czy dobrze odmieniłem), a prawdziwi matematycy za iksa w
naszym przykładzie wstawimy zawartość nawiasu. Czyli:

x=lim ( �ąu )
2
u Śą0
cos5x
lim
cos3x

xŚą
2
Po zmajstrowaniu tego, co wydedukowaliśmy, ta nasza granica będzie równa:

cos 5( �ąu )
cos5x 2
lim =lim
cos3x
u Śą0
xŚą
cos 3( �ąu )
2
2
Ten nawias kwadratowy, wpieprzony w środku zapisu z poprzedniej strony:

x= �ąu
2
[ ]
u Śą0
to po prostu zapis dla typowego, szarego sprawdzacza, wypluj to słowo, kolokwium, żeby
wiedział, co skąd się wzięło.
No dobra, mamy taką granicę, ale nadal doskwiera nam cosinus:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 23/35

cos 5( �ąu )
2
lim

u Śą0
cos 3( �ąu )
2
I znowu sobie pomyślimy, co by się nam przydało. Poza oczywistymi odpowiedziami
wolne, piwo czy kobiety przydałby się nam jakoś przerobić cosinusa na sinusa (bo przy czymś
dążącym do 0 granicę z sinusa wyliczymy bez problemu).
Tutaj głęboko łapie nas szara rzeczywistość pod nazwą wzory redukcyjne . Jest to zestaw
wzorów (wydedukowanych poprzez patrzenie na wykres), które pozwalają nam przerabiać funkcje
trygonometryczne prawie wedle naszego uznania. Zalecam chociaż pobieżną znajomość tego
tematu albo wzory pod ręką...
W międzyczasie, jak będziecie szukać tego dziwnego pojęcia wzory redukcyjne na necie,
powymnażajmy to, co nam powyłaziło w argumentach cosinusów:
cos [5 * ( /2 + u)] = cos [5 /2 + 5 * u] = cos [4 /2 + /2+ 5 * u] =
= cos [2 + /2 + 5 * u] = cos [ /2 + 5 * u ]
cos [3* ( /2 + u)] = cos [3 * /2 + 3 * u] (z tym nic już nie ukombinujemy)
Skorzystajmy z następujących zależności:
cos [ /2 + byle co ] = sin [ byle co ]
cos [ 3 * /2 + byle co ] = sin [ byle co ].
Czyli:
cos [ /2 + 5 * u ] = sin [ 5 * u]
cos [ 3 * /2 + 3 * u ] = sin [ 3 * u ]
Więc, no cóż, z bólem serca wracamy do tego, co nam wyszło pod koniec poprzedniej
strony... i jedziemy:

cos 5( �ąu )
2 -sin 5 u
lim =lim
sin 3 u
u Śą0 u Śą0
cos 3( �ąu )
2
Proszę ja Was, jesteśmy w domu, gdyż całkiem podobny przykład robiliśmy niedawno. Więc
jedziemy, zaczynając od podzielenia mianownika i licznika przez u:
-sin 5u
-sin 5 u u
lim =lim
sin 3u sin 3 u
u Śą0 uŚą 0
u
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 24/35
Wszystko w liczniku mnożymy przez 5, a w mianowniku przez 3:
-sin 5 u 5"-sin 5u 5"-sin 5 u
u u"5 5u
lim =lim =lim
sin 3 u 3"sin 3 u 3"sin 3 u
u Śą0 u Śą0 u Śą0
u u"3 3u
Popatrzmy, teraz już tylko chwilkę na to, co nam wylazło:
5"-sin 5u
5u
lim
3"sin 3u
u Śą0
3u
Granice tych zawodników, których zaznaczyłem, będą równe, zgodnie ze wzorem:
sin x
lim =1
x
xŚą 0
po prostu jeden:
5"-sin 5 u
5u 5"(-1 ) -5
lim = =
3"sin 3 u 3 3
u Śą0
3u
Spokojnie, spokojnie, kończymy już prawie z głupim liczeniem granic. Nasz przykład jest
więc równy:
cos5x
lim =-5
cos3x 3

xŚą
2
Uff, wyliczone.
Po więcej przykładzików odsyłam do - tradycyjnie - książki Panów z (wypluj to słowo)
Politechniki Wrocławskiej, Analiza Matematyczna I przykłady i zadania.
Bardzo mi przykro to pisać, ale liczenie granic funkcji wymaga rozwiązania paru
przykładzików, ot choćby czasem z nudów. Rozumiem, że dla niektórych robienie czegokolwiek
matematycznego przy np. piciu browaru to wręcz grzech śmiertelny (dla piwka), ale z godzinkę
pomajstrowania przy granicach raz na rok akademicki można sobie dawkować.
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 25/35
Piszę to z dwóch powodów. Raz, że szczerze mówiąc, sam nie jestem konsekwentny w tym,
co piszę. Raz prawie dla mnie równa się zero, drugim razem zamieniam to na jakieś u, za trzecim
już kompletnie truję coś bez sensu.
Otóż jeżeli widzicie, że macie jakąś granicę do policzenia, to nim po prostu podstawicie
jakąś wartość, chwilę pomyślcie. Jeżeli wychodzi symbol nieoznaczony zapewne trzeba coś
kombinować z funkcją, jeżeli wychodzi zero tylko w mianowniku chyba będzie trzeba patrzyć to
z lewej, to z prawej strony.
Zobaczcie, czy funkcja, w którą wstawiacie iksa, nie ma tendencji do zachowywania się jak
kobieta, czyli zmiany znaku w okolicy iksa, bycia zerem, nagłej zmiany wartości itp. Jeżeli przy
takim właśnie myśleniu mamy tego typu głupie skojarzenia warto się zastanowić, bo możemy
liczyć, liczyć, napracować się, a i tak w ostateczności granica będzie sprawiać wrażenie, jakby nas
kompletnie olała czyli wyjdzie jakiś symbol nieoznaczony.
Ale to takie tylko trucie, równie dobrze mógłbym od razu napisać drugi powód.
4. A co będzie, jeżeli włożę palce do kontaktu, czyli pochodna
Pojęcie pochodnej funkcji jest, nie ma zmiłuj się, jednym z pojęć, z którym się, niestety,
spotkamy. Co gorsza nie tylko na zwykłej analizie, ale i w tych wszystkich elektronicznych
kurwach niejednokrotnie będą się podniecać pochodną. Nie zabraknie jej również w fizyce.
Jednak, bym ładnie pieprzył o pochodnej, musimy sobie zrobić grę wstępną, czyli kilka
rzeczy trzeba rzec.
Dla każdej ładnej funkcji istnieje takie gówno, jak styczna do wykresu funkcji. WTF?
Kolejny świetny rysunek:
Styczna to po prostu taka kreska, która tak jakby się styka z danym wykresem w tym
jednym miejscu (mówimy, że w punkcie) i w pobliżu z żadnym innym.
O, na przykład
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 26/35
Ta prawie pozioma kreska to właśnie ta styczna do wykresu funkcji piszemy, że styczna w
punkcie x = a. Jest to jakaś pieprznięta funkcja liniowa, albo, prościej jakaś tam prosta.
Albo:
Ta czerwona kreska to styczna w jakimś tam iks równym b. To, że tam pózniej się
przecina, to mniejsza z tym, najważniejsze, aby ta kreska się stykała z wykresem, nie przecinała
wykresu w pobliżu tego punkciku. Ot, taka zabawa. Opieramy kijek o naszą funkcję, miejsce, w
którym się zetkną to będzie jakiś tam punkt o dwóch współrzędnych.
Mniejsza z tym.
Drugim z pojęć to granica, napisana w taki dziwny sposób:
lim f śą xźą
xŚą x0
Mamy tutaj podane, że iks dąży do jakiejś tam, nieustalonej wcześniej liczby, do czegoś tam.
Ale tym się nie trzeba przejmować, bo granice rozwiązujemy sobie normalnie, ba, nawet sprawa
wygląda trochę łatwiej, bo rzadko kiedy nam wyjdzie symbol nieoznaczony.
Na przykład:
1 1
lim =
x-2 x0-2
xŚą x0
Dobra, więc zacznijmy opowieść. Mamy sobie normalną, legalną funkcję kwadratową, daną
wzorem y = x2:
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 27/35
No i jak ją tutaj można jebać? Można sobie poszukać miejsc zerowych, wyznaczać miejsca
zerowe, nawet sobie z nudów policzyć granice w tę i nazad. Jednak, komuś się wyraznie nudziło,
więc postanowił sobie zadać takie pytanie: No dobra, jestem idiotą, chcę pomęczyć ludzi. Ciekawi
mnie, co się dzieje z funkcją wraz ze zmianą iksów? Inaczej mówiąc jak wygląda zmiana igreków
w porównaniu ze zmianą iksów?
Przyznajmy sobie szczerze pytanie głupie, ale niestety, strasznie ludzi pózniej męczące.
Dlatego sobie poeksperymentujemy:
Matematycy najczęściej są ludzmi zjebanymi umysłowo, a i również zboczeni, we
wszystkim widzą stosunek, dlatego my sobie z tymi zmianami poradzimy, przepraszam za słowo,
stosunkiem:
zmiana na osi igreków- pionowy czerwony pasek
zmiana na osi iksów- poziomy czerwony pasek
Popatrzmy na mianownik. Zmianę zwyczajowo oznaczamy przez jakąś deltę ( " ). Możemy
zapisać zmianę, różnicę iksów jako:
"x=x1-x2
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 28/35
A licznik? Zauważmy, że y (ta niższa czerwona kropka) to po prostu wartość naszej funkcji
1
w punkcie x :
1
y = f (x )
1 1
Analogicznie wygląda sprawa z y (tą wyższą czerwoną kropką):
2
y = f (x )
2 2
Czyli zmiana igreków to:
"y= y1- y2= f śą x1źą- f śą x2źą
Wróćmy do tego dziwacznego ułamka:
zmiana na osi igreków- pionowy czerwony pasek
zmiana na osi iksów- poziomy czerwony pasek
I eksperymentujmy dalej:
y1- y2 f śąx1źą- f śą x2źą
" y
= =
" x x1- x2 x1-x2
No dobra, ale po co to kurwa robimy i co to kurwa jest?
Spokojnie, jeszcze nie bluzgać (o ile nie zaczęliście).
Połączmy sobie nasze kropki kreską:
Ta nasza ukośna kreska to kolejne zjebane słowo sieczna funkcji. Zauważcie, że im
bardziej funkcja jest zapieprzająca w górę , jakby to powiedzieć im bardziej pionowa, tym
bardziej ta sieczna będzie nachylona pod większym kątem.
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 29/35
Ba, my ten kąt możemy sobie nawet wyliczyć z funkcji tangens. Bo w tym przypadku:
pionowa czerwona kreska
tg ą=
pozioma czerwona kreska
czyli:
f śą x1źą- f śą x2źą
tg ą=
x1-x2
No dobra, coś tam nadal możemy sobie policzyć, ale po co to komu?
Zauważcie, że ta ukośna czerwona kreska będzie leniwie pochylona, gdy wezmiemy sobie
jakieś punkty na początku wykresu, zaś wybierając sobie punkty coraz dalej ta sieczna będzie się
nachylać niczym student, rzygający do kibla.
Właśnie ostatni akapit spowodował, że jakiś tam oszołom zadał sobie pytanie: A co będzie,
jeżeli będziemy te iksy coraz bardziej do siebie zbliżać?
Będziemy zbliżać tak, że będą prawie sobie równe.
Powinniście sobie pomyśleć: Ten zjeb znów będzie jakieś granice pokazywać . A i
owszem.
Zmieńmy sobie symbole:
f śą x1źą- f śą x2źą f śą xźą- f śą x0źą
a"
x1- x2 x-x0
Ot, jeden iks będzie normalnym iksem, a drugi z indeksem 0, co w tym zdrożnego, inaczej
sobie tylko zapisałem.
Jak te iksy mają się zbliżać, to zastosujmy granicę to tego celu:
f śą x źą- f śą x0źą
lim
x-x0
xŚą x0
A ponieważ znamy wzór funkcji:
y = f (x) = x2
Więc poeksperymentujmy:
f śą x źą- f śą x0źą x2- x02
lim =lim
x
xŚą x0 -x0 x- x0
x Śąx0
Jeżeli za x wstawimy od razu x , wyjebie się nam zero przez zero, czyli symbol
0
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 30/35
nieoznaczony. Mamy jednak asa w rękawie, mianowicie wzór na różnicę kwadratów:
a 2 b 2 = (a b) (a + b)
Rozbijmy licznik na takiego zawodnika:
x2- x02=( x-x0 )( x�ą x0 )
I jedziemy dalej:
x2-x0 2 ( x- x0 )( x�ąx0 )
lim =lim
x-x0 x-x0
xŚą x0 x Śąx0
Zauważmy, że:
( x-x0 )( x�ą x0 )
lim
x- x0
xŚą x0
Czyli zostaje nam:
( x-x0 )( x�ą x0 )
lim =lim x�ą x0
x- x0
xŚą x0 x Śą x0
A tu już możemy bezkarnie władować iks zero do wyrażenia:
lim x�ą x0=x0�ąx0=2 x0
xŚą x0
No dobra, ale co to w ogóle znaczy, jak zinterpretować ten wynik? Wiemy, że
f śą x1źą- f śą x2źą
tg ą=
x1-x2
Dodatkowo:
lim tg ą=nachylenie stycznej do wykresu
xŚą x0
Więc kąt nachylenia stycznej będzie równy:
tg ą=2 x0a"2 x
Więc my możemy sobie policzyć kąt nachylenia tej stycznej w dowolnym punkcie, nie jadąc
bez sensu z granicą, mamy podany wzorek, wpieprzamy x mamy tangens, są Crunchipsy, jest...
no, nie bądzmy głupi, imprezy nie ma, ale mamy kąt nachylenia stycznej.
Czyli de facto kąt nachylenia , tempo wzrostu, zmiany naszej danej funkcji.
Wyliczyliśmy taki... wichajster, który pozwoli nam powiedzieć, że ta funkcja szybko rośnie, mało
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 31/35
rośnie itp.
Tangens kąta nachylenia stycznej w konkretnym miejscu ma swoją konkretną nazwę,
mianowicie nazywamy go pochodną funkcji w punkcie. Natomiast, jeżeli udało się nam znalezć
jakiś wzorek do szybkiego wyliczania tego to po prostu jest to pochodna funkcji.
I tak, pochodna funkcji kwadratowej to, jak wyliczyliśmy, równa się 2x, natomiast symbol
pochodnej to taki ogoneczek (apostrof) nad symbolem funkcji, czyli:
f ' śąxźą=2 x
Z definicji, pochodna jest równa:
f śą x źą- f śą x0źą
lim
x-x0
xŚą x0
Jak widzimy więc, pochodna to pewna taka specjalna granica. Na szczęście, bardzo rzadko
korzystamy z tego żmudnego liczenia granicy do znalezienia pochodnej, ponieważ mamy w chuj
wzorów, które pozwalają nam szybko wyliczać pochodne.
5. Coś dziwnego funkcje cyklometryczne i hiperboliczne
Na zakończenie temat trochę luzno związany z głównym tytułem tego żenującego bryku,
abyście chociaż wiedzieli, czego chcą w przykładach. Otóż, w zadaniach często pojawiają się
symbole funkcji tzw. cyklometrycznych, czy też inaczej zwanych kołowych. Cóż to jest za cudo?
No i tutaj powinna się znalezć ładna i schludna definicja. Problem w tym, że musiałbym
pierdolić coś o jakiejś funkcji odwrotnej, różnowartościowości, co, prawdę mówiąc, wykracza
trochę poza moje siły bo na pewno na papier nie zdołałbym przelać czegoś zrozumiałego i ten
bryk. Więc przyjmijmy na wiarę pewne fakty.
Funkcja arcus sinus (arcsin) jest to takie cudo, którego dziedzina mieści się od ( 1) do 1.
Jest to funkcja odwrotna do funkcji sinus, określonej na przedziale [( - /2); /2]. Co to dokładniej
oznacza?
Wrzucamy liczbę do tej funkcji, ona myśli, myśli, po czym wypluwa nam liczbę (kąt), dla
której funkcja sinus przyjmuje liczbę, której do arcsin wrzuciliśmy.
Co to (już mniej zadowoleni z autora bryku rzekniemy dodatkowo - do kurwy nędzy )
oznacza? O, pierwszy z brzegu przykład. Sinus przyjmuje wartość 1 dla 90 stopni ( /2):
sin ( /2) = 1
Czyli:
arcsin(1) = /2
Inny przykład:
sin (- /2) = - 1
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 32/35
Czyli:
arcsin(-1) = - /2
I ostatni:
1
sin /6=
2
Czyli:
1
arcsinśą źą= /6
2
Jak widzicie, jest to takie jakby odwracanie liczb (stąd właśnie nazwa funkcja odwrotna).
Poniżej, ponownie zerżnięty z Wikipedii rysunek, na czerwono wykres funkcji y = x, na
zielono kawałek sinusa, a na niebiesko arcus sinus.
Co bardziej wprawne oko zauważy, że sinus i arcus sinus są tak jakby odbite przez tę
czerwoną kreskę. Jest to jedna z właściwości funkcji odwrotnych, ale o tym nie w tym miejscu i
nie w tym czasie.
To, co macie umieć, w kontekście tego bryku, to policzyć granice. Często ćwiczeniowcy czy
wykładowcy w zadaniach lubią sobie wpieprzyć jakiegoś arcsin albo innego śmiecia. Spokojnie
jeżeli x dąży do jakiejś liczby to najczęściej wystarczy policzyć tego arcsin dla danego x, śmiecia
zastąpić wynikiem i koniec roboty.
Nieskomplikowany przykład:
arcsin x
lim
x
1
xŚą
2
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 33/35
Tutaj spokojnie za iksa wstawiamy połówkę i liczymy:
1
arcsin
arcsin x 2 6
lim = = =2" =
x 1 1 6 3
1
xŚą
2
2 2
O, i granica policzona.
Analogicznie wygląda sprawa z funkcją arcus cosinus (arccos). Jest to funkcja odwrotna
funkcji cosinus, rozpatrzonej na przedziale od 0 do . Wyliczanie wartości wygląda analogicznie
jak w poprzednim przypadku. Kilka przykładzików:
cos (0) = 1
więc:
arccos(1) = 0
3
ćą
cos /6=
2
więc
3
ćą
arccos = /6
2
I wykres z Wikipedii:
Liczenie granic identycznie tak, jak z sinusem.
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 34/35
Identycznie wygląda definicja z funkcjami arcus tangens (arctg) oraz arcus cotangens
(arcctg).
Przykładziki:
tg (0) = 0, czyli arctg 0 = 0
tg( /4) = 1, czyli arctg 1 = /4
ctg ( /2) = 0, czyli arcctg 0 = /2
ctg( /4) = 1, czyli arcctg 1 = /4
I to, co chciałem napisać o funkcjach cyklometrycznych, byście wiedzieli już, czego
dokładnie szukać, jeżeli będziecie chcieli się czegoś dowiedzieć o wspomnianych powyżej
funkcjach... Jeżeli mogę coś doradzić lepiej już teraz odrobinkę bliżej zaznajomić się z
powyższymi funkcjami, a zwłaszcza z funkcją arcus tangens...
No dobra, zostało jeszcze parę linijek, więc należy wspomnieć o raczej rzadko używanych w
zadaniach z granic, ale jednak funkcjami hiperbolicznymi.
Ktoś sobie kiedyś głupio posiedział i pomyślał, że poeksperymentuje z liczbą e (znaną z
granic). Zaczął ją kurewsko dodawać, gdzieś tam podzielić przez coś, poodejmować, ot takie
prawie bazgranie w zeszycie na wykładzie.
Mało, mało, więc wjebał w to jeszcze wszystko funkcje wykładnicze. Ale proszę się nie bać,
po prostu:
sinus hiperboliczny (sinh lub sh)
to funkcja, której wzór wygląda tak:
x
e -e- x ,
sinh x=
2
cosinus hiperboliczny (cosh lub ch):
ex�ąe-x ,
cosh x=
2
tangens hiperboliczny (tgh lub th):
ex-e-x
tgh x=
ex�ąe-x
cotangens hiperboliczny (ctgh):
ex�ąe-x
ctgh x=
ex-e-x
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008
Analiza matematyczna I / Granice funkcji 35/35
Wykresy ponownie dzięki Wikipedii:
W zadaniach z granicami, jak wspomniałem pojawiają się rzadko. Co więcej, by zbytnio
nie utrudniać i tak pewno zjebanych przykładów występują zazwyczaj, gdy x dąży do zera (łatwo
jest wyliczyć wartość), więc wystarczy policzyć i zostawić w świętym spokoju.
Co do samych funkcji hiperbolicznych swoje nazwy, zerżnięte z funkcji
trygonometrycznych, zawdzięczają temu, że zachowują się podobnie przy operacjach jak proste
funkcje trygonometryczne.
Warta bliższego zaznajomienia się jest być może dla, przepraszam za słowo, inżyniera, jest
funkcja cosinusa hiperbolicznego. Jej wykres jest krzywą łańcuchową przyjmuje taki sam kształt
jak sznurek rozwieszony na dwóch - jakichś tam końcach.
Dobra, odstawmy to, co człek powinien, a czego nie, bo to nie Biblia, Kodeks Karny,
regulamin studiów, by się bawić w ocenianie, stanąć nad człekiem z batem i wrzeszczeć Kurwa,
ucz się tego! .
Mam nadzieję, że ten bryk nie tyle zachęcił , bo w końcu jesteśmy studentami, a nie
uczniami, żeby się uczyć, co w pewien sposób trochę uspokoił przed dziwnymi szlaczkami w
zbiorach zadań. Oczywiście, powyższe głupie dzieło nie należy traktować jako O, tylko z tego
będę się uczyć , tylko ewentualnie jako zbiór kilku wyjaśniających definicji. Jeżeli chociaż jedną
wątpliwość wyjaśniłem nawet nie wiecie, jak zadowolony jestem.
Wszelkie uwagi czy bluzgi mile widziane.
pj
poap[at]interia.pl
Linki do innych pomocy (być może naukowych):
http://www.poap.yoyo.pl/matd/
Autor: vbx WIMiI Informatyka 2008

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Granice funkcji wielu zmiennych
Granice funkcji
granica funkcji zadania 1 plus 2
FUNKCJE ZMIENNEJ RZECZYWISTEJ 3 2 Granica funkcji
Granice funkcji
(3683) ciągi, granice ciągów, granice funkcji, ciągłość funkcji[1]
granice funkcji, lista zadan
Granice funkcji IMiR
granice funkcji ciaglosc funkcji (1)
(2354) podstawy m granice funkcji
(3683) ciągi, granice ciągów, granice funkcji, ciągłość funkcji

więcej podobnych podstron