РефератыМатематикаНеНепрерывная, но не дифференцируемая функции

Непрерывная, но не дифференцируемая функции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬЕ УЧРЕЖДЕНИЕ


ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ


«УССУРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»


Физико–математический факультет


Курсовая работа по математическому анализу


Тема: «Непрерывная, но не дифференцируемая функции»


Выполнила: Пляшешник Ксения


студентка 131 группы


Руководитель: Делюкова Я.В.


Уссурийск – 2011г.


Содержание


Введение.............................................................................................. 3


Историческая справка......................................................................... 4


Основные определения и теоремы..................................................... 5


Пример непрерывной функции без производной........................... 10


Решение упражнений........................................................................ 13


Заключение........................................................................................ 21


Список литературы........................................................................... 22


Введение

Курсовая работа посвящена изучению связи между непрерывностью и существованием производной функции одной переменной. Исходя из цели ставились задачи:


1. Изучить учебную литературу;


2. Изучить пример непрерывной функции, не имеющей производной ни в одной точке, построенной ван-дер-Варденом;


3. Прорешать систему упражнений.


Историческая справка

Ба́ртель Лее́ндерт ван дер Ва́рден (нидерл. Bartel Leendert van der Waerden , 2 февраля 1903, Амстердам , Нидерланды — 12 января 1996, Цюрих , Швейцария) — голландский математик.


Обучался в Амстердамском университете, затем в Гёттингенском университете , где на него огромное влияние оказала Эмми Нётер.


Основные работы в области алгебры , алгебраической геометрии, где он (наряду с Андре Вейлем и О.Зарисским) поднял уровень строгости, и математической физики , где он занимался приложением теории групп к вопросам квантовой механики (наряду с Германом Вейлем и Ю.Вигнером ). Его классическая книга Современная алгебра (1930) стала образцом для последующих учебников по абстрактной алгебре и выдержала множество переизданий.


Ван дер Варден — один из крупнейших специалистов по истории математики и астрономии в Древнем мире. Его Пробуждающаяся наука (Ontwakende wetenschap 1950, русский перевод 1959) даёт развёрнутое изложение истории математики и астрономии в Древнем Египте, Вавилоне и Греции. В Приложении к русскому переводу этой книги опубликована статья «Пифагорейское учение о гармонии» (1943) — фундаментальное изложение пифагорейских взглядов на музыкальную гармонию .


Основные определения и теоремы

Предел функции в точке. Левые и правые пределы


Определение (предел по Коши, на языке Число называется пределом функции в точке , если


Определение (на языке окрестности) Число называется пределом функции в точке , если для любой -окрестности числа сущесвует - окрестность точки такая, что как только


Определение (по Гейне) Число называется пределом функции в точке , если для любой последовательности , сходящейся к ( то есть , соответствующая последовательность значений функции сходится к числу


Определение Число называется левым пределом функции в точке , если


Определение Число называется правым пределом функции в точке , если


Теорема (необходимое и достаточное условие существования предела)


Для того чтобы в точке существовал предел функции необходимо и достаточно, чтобы существовали левые и правые пределы равные между собой.


Понятие производной. Односторонние производные.


Рассмотрим функцию заданную на множестве


1. В озьмем возьмем приращение . Дадим точке приращение Получим .


2.
Вычислим значение функции в точках . и


3. Найдем приращение функции в точке .



4. Составим отношение приращения функции в точке к приращению аргумента .




причем приращение аргумента может быть как положительным, так и отрицательным, то этот предел называется производной в точке и обозначают . Он может быть и бесконечным.



левой (левосторонней) производной функции в точке , а если


существует конечный предел то его называют правосторонней производной функции в точке .


Функция имеет в точке тогда и только тогда, когда в точке совпадают ее левая и правая производные:


(
(
.


Рассмотрим функцию Найдем односторонние производные в точке






Следовательно, (
=-1;
(
=1
и (
(
,
то есть в точке функция производной не имеет.


Различные определения непрерывности функции в точке.


Определение 1 (основное) Функция называется непрерывной в точке , если предел функции при равен значению функции в этой точке.



Определение 2 (на языке Функция называется непрерывной в точке , если ε, δ>0, такое что .


Определение 3 (по Гейне, на языке последовательности) Функция называется непрерывной в точке , если для любой последовательности сходящейся к точке соответствующая последовательность значений функции сходится к .



Определение 4 (на языке приращений) Функция называется непрерывной в точке , если бесконечно малому приращению аргумента соответствует бесконечно малое приращение функции.


Понятие дифференцируемой функции


Определение 1 Функция , заданная на множестве (называется дифференцируемой в точке , если ее приращение в этой точке можно представить как (*), где A - const , независящая от , - бесконечно малая при


Определение 2 Функция, дифференцируемая в любой точке множества, называется дифференцируемой на множестве.


Связь между дифференцируемостью и непрерывностью


Теорема. Если функция дифференцируема в точке , то она непрерывна в точке .


Доказательство.


Пусть задана функция Функция дифференцируема в точке , где



При


Обратная теорема. Если функция непрерывна, то она дифференцируема.


Обратная теорема неверна.


в - не дифференцируема, хотя непрерывна.


Классификация точек разрыва


Определение Функция не являющаяся непрерывной в точке является разрывной в точке , а саму точку называют точкой разрыва.


Существуют две классификации точек разрыва: I и II рода.


Определение Точка называется точкой разрыва I рода, если в этой точке существуют конечные односторонние пределы неравные друг другу.


Определение Точка называется точкой устранимого разр ыва
, если , но они не равны значению функции в точке .


Определение Точка называется точкой разрыва II рода, если в этой точке односторонние пределы равны или один из односторонних пределов бесконечен или в точке не существует предела.


· –
бесконечные;


·–
бесконечный или–
бесконечный;


·


Признаки равномерной сходимости рядо
в


Признак Вейерштрасса.


Если члены функционального ряда (1) удовлетворяют в области неравенствам где - член некоторого сходящегося числового ряда то ряд (1) сходится в равнмерно.


Теорема 1 Пусть функции определены в промежутке и все непрерывны в некоторой точке этого промежутка. Если ряд(1) в промежутке сходится равномерно, то и сумма ряда в точке также будет непрерывна.


Пример непрерывной функции без производной

<
br />

Первый пример такого рода был построен Вейерштрассом; его функция определяется рядом:


,


где 0< a <1, а b есть нечетное натуральное число (причем ab >1+π). Этот ряд мажорируется сходящейся прогрессией , следовательно (признаки равномерной сходимости рядов), сходится равномерно, и его сумма является всюду непрерывной функцией от x . Кропотливым исследованием Вейерштрассу удалось показать, что тем не менее ни в одной точке для нее не существует конечной производной.


Здесь будет рассмотрен более простой пример ван-дер-Вардена, построенный по существу на той же идее, лишь колеблющиеся кривые у= cosωχ заменены колеблющимися ломаными.


Итак, обозначим через абсолютную величину разности между числом χ и ближайшим к нему целым числом. Эта функция будет линейной в каждом промежутке вида , где s -целое; она непрерывна и имеет период 1. Ее график представляет собой ломаную, он изображен на рис.1; отдельные звенья ломаной имеют угловой коэффициент ±1.



Положим, затем, для к=1,2,3,…:



Эта функция будет линейной в промежутках вида ; она также непрерывна и имеет период . Ее график также ломаная, но с более мелкими зубчиками; на рис.1(б), например, изображен график функции . Во всех случаях угловые коэффициенты отдельных звеньев ломаной и здесь равны ±1.


Определим теперь, для всех вещественных значений x , функцию f ( x ) равенством



Так как, очевидно, 0≤ ( k =0,1,2,…), так что ряд мажорируется сходящейся прогрессией , то (как и в случае функции Вейерштрасса) ряд сходится равномерно, и функция всюду непрерывна.


Остановимся на любом значении . Вычисляя его с точностью до (где n =0,1,2,…), по недостатку и по избытку, мы заключим его между числами вида:


≤ , где -целое.


( n =0,1,2,…).


Очевидно, что замкнутые промежутки оказываются вложенными один в другой. В каждом из них найдется такая точка , что расстояние ее от точки равно половине длины промежутка.


=;


Ясно, что с возрастанием n варианта .


Составим теперь отношение приращений


=


Но при k > n , число есть целое кратное периодам функции , соответствующие члены ряда обращаются в 0 и могут быть опущены. Если же k ≤ n , то функция , линейная в промежутке , будет линейной и в содержащемся на нем промежутке , причем


(k=0,1,…,n).


Таким образом, имеем окончательно иными словами, это отношение равно четному целому числу при нечетном n и нечетному числу при четном n . Отсюда ясно, что при отношение приращений ни к какому конечному пределу стремится не может, так что наша функция при конечной производной не имеет.


Решение упражнений


Упражнение 1 ([2], №909)


Функция определена следующим образом: . Исследовать непрерывность и выяснить существование


Решение



На непрерывна как многочлен;


На (0;1) непрерывна как многочлен;


На (1;2) непрерывна как многочлен;


На (2; непрерывна как элементарная функция.


- точки подозрительные на разрыв







Так как левый предел равен значению функции в точке, то функция разрывна в точке .







Так как левый предел равен правому пределу и равен значению функции в точке функция непрерывна в точке







Так как левый предел равен значению функции в точке, то функция разрывна в точке .



1 способ. В точке не существует конечной производной функции Действительно, предположим противное. Пусть в точке существует конечная производная функции непрерывна в точке (по теореме 1: Если функция дифференцируема в точке , то она непрерывна.


2 способ. Найдем односторонние пределы функции в точке x =0.













Упражнение 2
([1], №991)


Показать, что функция имеет разрывную производную.


Решение.


Найдем производную функции.


При



При




Предел не существует разрывна в точке



Так как – бесконечно малая функция, - ограниченная.


Докажем, что функция в точке предела не имеет.


Для доказательства достаточно показать, что существуют две последовательности значений аргумента сходящиеся к 0, что не сходится к











Вывод: функция в точке предела не имеет.


Упражнение 3 ([1], №995)


Показать, что функция где - непрерывная функция и не имеет производной в точке . Чему равны односторонние производные


Решение.







Односторонние пределы не равны функция не имеет производной в точке .


Упражнение 4 ([1], №996)


Построить пример непрерывной функции, не имеющей производной функции в данных точках:


Решение.


Рассмотрим функцию в точках


Найдем односторонние пределы





=





=



Односторонние пределы не равны функция не имеет производной в точке . Аналогично, функция не имеет производных в остальных точках


Упражнение 5 ([4], №125)


Показать, что функция не имеет производной в точке .


Решение


Возьмем приращение Дадим точке приращение Получим


Найдем значение функции в точках и




Найдем приращение функции в точке



Составим отношение приращения функции в точке к приращению аргумента



Перейдем к пределу



Вывод: не имеет конечной производной в точке .


Упражнение 6

([4], №128)


Показать, что функция не имеет производной в точке .


Решение


Возьмем приращение Дадим точке приращение Получим


Найдем значение функции в точках и




Найдем приращение функции в точке



Составим отношение приращения функции в точке к приращению аргумента



Перейдем к пределу






Вывод: не имеет конечной производной в точке .


Упражнение 7

([4], №131)


Исследовать функцию на непрерывность



Решение.


На


На


– точка подозрительная на разрыв






Так как левый предел равен значению функции в точке, то функция непрерывна в точке существует разрыв I рода.


Заключение
В курсовой работе излагается материал, связанный с понятием « Непрерывная, но не дифференцируемая функции », цели данной работы достигнуты, задачи решены.
Список литературы

1. Б. П. Демидович, / Сборник задач по курсу математического анализа. Учебное пособие для студентов физико-математического факультета педагогических институтов. – М.: Просвещение, 1990 –624с.


2. Г. Н. Берман, / Сборник задач по курсу математического анализа. – М.: Наука, 1977 – 416с.


3. Г. М. Фихтенгольц, / Курс дифференциального и интегрального исчисления т.II. - М., Наука, 1970- 800с.


4. И.А. Виноградова, /Задачи и упражнения по математическому анализу ч.1. – М.:Дрофа,2001 – 725с.


5. Ресурс Интернет http://ru.wikipedia.org/wiki.


6. Ресурс Интернет http://www.mathelp.spb.ru/ma.htm.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Непрерывная, но не дифференцируемая функции

Слов:2161
Символов:17887
Размер:34.94 Кб.