Limita funkce ( limitní hodnota funkce ) v bodě, který je limitující pro definiční obor funkce, je taková hodnota, ke které hodnota uvažované funkce inklinuje, když její argument směřuje k danému bodu. Jeden ze základních pojmů matematické analýzy .
Limita funkce je zobecněním konceptu limity posloupnosti . Zpočátku byla limita funkce v bodě chápána jako limita posloupnosti funkčních hodnot: , odpovídající posloupnosti prvků definičního oboru funkce , konvergující k bodu . Pokud taková limita existuje, pak se říká, že funkce konverguje k zadané hodnotě, jinak se říká, že funkce diverguje.
Nejčastěji je definice limity funkce formulována v jazyce sousedství . Skutečnost, že limita funkce je uvažována pouze v bodech, které jsou pro definiční obor funkce omezující, znamená, že v libovolném okolí daného bodu jsou body definičního oboru. To nám umožňuje mluvit o tendenci argumentu funkce k danému bodu. V tomto případě limitní bod definičního oboru nemusí patřit do samotného definičního oboru: lze například uvažovat limitu funkce na koncích otevřeného intervalu , na kterém je funkce definována (např. konce intervalu samotné nejsou zahrnuty do domény definice).
V obecném případě je třeba konkrétně uvést metodu konvergence funkce, pro kterou se zavádí tzv. báze podmnožin definičního oboru funkce a následně se formuluje definice limity funkce podle k (dané) základně. V tomto smyslu je systém proražených sousedství daného bodu konkrétním případem takové báze množin.
Také díky zohlednění prodloužené reálné čáry (na níž lze postavit základnu okolí i pro bod v nekonečnu), je možné definovat takové pojmy, jako je limita funkce, protože argument má tendenci k nekonečnu, stejně jako tendence samotné funkce k nekonečnu. Limita posloupnosti (jako limita funkce přirozeného argumentu) je jen příkladem konvergence v bázi "tendencí argumentu k nekonečnu".
Absence limity funkce v bodě znamená, že pro libovolnou danou hodnotu rozsahu hodnot lze zvolit takové okolí této hodnoty, že v libovolném libovolně malém okolí bodu, kde funkce nabývá dané hodnoty, existuje body, kde hodnota funkce bude mimo zadané okolí.
Pokud v některém bodě definičního oboru funkce existuje limita a tato limita je rovna hodnotě funkce v daném bodě, pak se funkce v daném bodě nazývá spojitá .
Uvažujme funkci a aspirační bod , který je limitním bodem pro definiční obor, ale nemusí do něj patřit. Existuje několik ekvivalentních definic limity funkce – mezi nimi jsou ty, které formulovali Heine a Cauchy .
Hodnota se nazývá limit ( limitní hodnota ) funkce v bodě , pokud pro jakoukoli sekvenci bodů konvergujících, ale neobsahujících jako jeden z jejích prvků (tj. v proraženém sousedství ), posloupnost hodnot funkce konverguje k [1] .
Hodnota se nazývá limita ( limitní hodnota ) funkce v bodě , pokud pro libovolné kladné číslo je možné vybrat kladné číslo, které jí odpovídá tak , že pro všechny argumenty splňující podmínku je splněna nerovnost: tj. [1 ] .
kde:
Hodnota se nazývá limita ( mezní hodnota ) funkce v bodě , pokud pro jakékoli okolí bodu existuje proražené okolí bodu tak, že obraz tohoto okolí leží v . Základní zdůvodnění této definice limity lze nalézt v článku " Limit podél filtru ".
Nejobecnější definicí je definice limity funkce vzhledem k bázi (bází filtru, filtrem).
Nechť je nějaký základ podmnožin definičního oboru. Pak
Jestliže je limitní bod množiny , pak to znamená, že každé proražené okolí bodu v množině není prázdné, a proto je v bodě základna proražených sousedství . Tato základna má speciální označení " " a zní "při sklonu k přes sadu ". Pokud se definiční obor funkce shoduje s , pak je ikona set vynechána, pak se základ označí zcela jednoduše „ “ a zní „s tendenci k “.
Při uvažování pouze numerických funkcí reálné proměnné jsou uvažovány i báze jednostranných okolí. K tomu jsou uvažovány dvě sady:
V souladu s tím se zavádějí dvě základny:
Všechny výše uvedené definice limity funkce v bodě jsou ekvivalentní [1] . Abychom to dokázali, je nutné a postačující přijmout spočetný axiom výběru . Nicméně, v jiných formálních systémech, takový jak v konstruktivní matematice , ekvivalence je vyvrácena příklady.
Jednostranná limita numerické funkce v bodě je specifická limita, která implikuje, že se argument funkce přibližuje k určenému bodu z určité strany (zleva nebo zprava). Numerická funkce reálné proměnné má limitu v bodě právě tehdy, když má v tomto bodě stejnou levou a pravou limitu.
Limita funkce podél filtru je zobecněním konceptu limity na případ libovolného oboru funkce. Zadáním konkrétních případů definiční domény a základu filtru na ní lze získat mnoho definic limitů uvedených v tomto článku.
Limita funkce v nekonečnu popisuje chování hodnot funkce, když se absolutní hodnota jejího argumentu stane nekonečně velkou. Existují různé definice takových limitů, ale jsou si navzájem ekvivalentní.
Limita v nekonečnu podle HeinehoNechť je funkce definována na množině , která má prvky mimo jakékoli okolí nuly. V tomto případě se bod nazývá limita funkce v nekonečnu , pokud pro kterékoli z jeho malých okolí existuje dostatečně velké okolí nuly, že všechny hodnoty funkce v bodech ležících mimo toto okolí nuly spadají do toto okolí bodu .
Pro funkci, stejně jako pro posloupnost , lze zavést pojem částečné limity. Číslo se nazývá částečná limita funkce v bodě , jestliže „ prochází “ taková nekonečná podposloupnost posloupnosti , po které při neomezeném nárůstu čísla funkce směřuje k existenci limity funkce v bodě. je nezbytný a dostačující pro [2] .
Pokud má funkce v určitém bodě limit rovný , pak říkají, že funkce inklinuje k , když inklinuje k , a zapisují jedním z následujících způsobů:
Pokud má funkce limitu v nekonečnu rovnou , pak se říká, že funkce má tendenci k blížícímu se nekonečnu a je zapsána jedním z následujících způsobů:
Pokud má funkce limitu v plus nekonečnu rovnou , pak se říká, že funkce má tendenci k plus nekonečnu, a je zapsána jedním z následujících způsobů:
Pokud má funkce limitu v mínus nekonečnu rovnou , pak se říká, že funkce má tendenci k mínus nekonečnu a je zapsána jedním z následujících způsobů:
Nechť jsou uvedeny číselné funkce a aspirační bod[ vyčistit ]
Důkaz kontradikcí. Nechat existovat a .
Předpokládejme . Vezměme a zapišme si definice:
.
.
Nechte , pak : a
ale pak
tedy protimluv. Limit je tedy pouze jeden.