 
AM2 semestr II wy kład 4
14.03.2012
12
FUNKCJE
WIELU
ZMIENNYCH
Przestrzeń R
n
 
Punkt przestrzeni  n-wymiarowej będziemy  oznaczać jedną literą 
)
,
,
(
2
1
n
x
x
x
x
lub
)
,
,
(
2
1
n
x
x
x
P
.
Dla odróżnienia punktów używamy dodatkowego górnego wskaźnika
)
,
,
,
(
1
1
2
1
1
1
n
x
x
x
x
,
)
,
,
,
(
2
2
2
2
1
2
n
x
x
x
x
.
Odległość punktów
n
R
y
x
,
)
,
,
(
2
1
n
x
x
x
x
,
)
,
,
(
2
1
n
y
y
y
y
określamy wzorem
2
2
2
2
2
1
1
)
(
)
(
)
(
)
,
(
n
n
y
x
y
x
y
x
y
x
d
.
Otoczenie i Sąsiedztwo w R
n
Niech r oznacza dowolną liczbę dodatnią,
0
P ustalony punkt z
n
R .
 
Otoczenie U(P
0
, r) punktu P
0
o promieniu r jest zbiorem wszystkich punktów P, których odległość od
punktu P
0
jest mniejsza od r.
Inaczej zbiór ten nazywamy kulą o środku w punkcie P
0
i promieniu r.
 
Sąsiedztwo S(P
0
, r) punktu P
0
o promieniu r jest to zbiór wszystkich punktów P, dla których
r
P
P
d
)
,
(
0
0
.
Zatem
}
{
\
)
0
,
(
)
0
,
(
0
0
0
P
P
U
P
S
.
W
2
R otoczenie U(P
0
, r) jest wnętrzem koła o środku w P
0
i promieniu r.
W
3
R otoczenie U(P
0
, r) jest wnętrzem kuli o środku w P
0
i promieniu r.
Niech
n
R
Z
Punkt P
Z nazywamy punktem wewnętrznym zbioru Z, jeśli pewne otoczenie punktu P zawiera się w Z.
Zbiór punktów wewnętrznych zbioru  Z nazywamy  wnętrzem zbioru Z i oznaczamy intZ. 
 
Punkt P nazywamy punktem brzegowym zbioru Z, jeśli  w każdym otoczeniu punktu  P znajduje  się co 
najmniej  jeden punkt  należący do Z i co najmniej  jeden  punkt nie należący do  Z. 
Punkt P może należeć do Z lub nie. Zbiór  punktów brzegowych zbioru  Z nazywamy brzegiem zbioru Z. 
 
Punkt P
Z nazywamy punktem odosobnionym ( izolowanym ) zbioru Z, jeśli pewne sąsiedztwo punktu P
jest rozłączne z Z. 
 
Punkt P nazywamy punktem skupienia zbioru Z, jeśli  w każdym sąsiedztwie punktu  P znajduje  się punkt 
należący do zbioru  Z. 
 
Zbiór Z nazywamy 
- Otwartym, jeśli  każdy punkt zbioru  Z jest punktem wewnętrznym zbioru. 
- Domkniętym, jeśli każdy punkt brzegowy zbioru  Z należy do zbioru  Z. 
- Ograniczonym, jeżeli istnieje  kula,  w której zawiera się zbiór  Z.  
 
Zbiór otwarty, którego dwa dowolne punkty  można połączyć łamaną zawartą w tym zbiorze  nazywamy 
obszarem. 
Obszar ze swoim brzegiem nazywamy obszarem domkniętym. 
 
 
 
AM2 semestr II wy kład 4
14.03.2012
13
D
EF
.
Ciąg punktów
)
(
k
x
,
2
,
1
k
przestrzeni
n
R jest zbieżny do punktu x
0
wtedy i tylko wtedy, gdy
0
)
,
(
lim
0
k
k
x
x
d
.
Piszemy
0
lim
x
x
k
k
lub
0
x
x
k
.
T
W
.
Jeśli
)
,
,
,
(
2
1
k
n
k
k
k
x
x
x
x
,
2
,
1
k
,
)
,
,
,
(
0
0
2
0
1
0
n
x
x
x
x
to
0
lim
x
x
k
k
0
lim
:
0
i
k
i
k
x
x
k
i
.
Przykład 1 
Naszkicować na płaszczyźnie  kilka  początkowych wyrazów ciągu 
)
(
k
x
,
2
,
1
k
i wyznaczyć granice tych
ciągów.
a)
k
k
x
k
2
,
1
, b)
2
1
,
1
k
k
x
k
.
Wskazać krzywe na których leżą wyrazy tych ciągów.
 
D
EF
: FUNKCJA n ZMIENNYCH
 
Funkcją f n zmiennych 
n
x
x
x
,
,
2
1
określoną w zbiorze
n
R
D
o wartościach w zbiorze R nazywamy
przyporządkowanie każdemu punktowi
D
x
x
x
n
)
,
,
(
2
1
dokładnie jednej liczby rzeczywistej
)
,
,
(
2
1
n
x
x
x
f
.
Oznaczamy
R
D
f
:
lub
)
,
,
(
2
1
n
x
x
x
f
dla
D
x
x
x
n
)
,
,
(
2
1
 
Granica funkcji 
Niech f będzie funkcją określoną w zbiorze
n
R
D
, niech x
0
będzie punktem skupienia zbioru D.
D
EF
:
Liczba g jest granicą funkcji f w punkcie x
0
,
co zapisujemy
g
x
f
x
x
)
(
lim
0
jeżeli 
według Heinego 
dla każdego ciągu punktów 
 
k
x
,
D
x
k
,
0
x
x
k
, zbieżnego do x
0
, ciąg
)
(
k
x
f
jest zbieżny do g.
 
według Cauchy’ego 
g
x
f
x
x
d
D
x
)
(
)
,
(
0
:
0
0
0
.
 
D
EF
:
Granicą funkcji f w punkcie x
0
jest plus nieskończoność (minus nieskończoność),
co zapisujemy
)
(
)
(
lim
0
x
f
x
x
jeżeli 
według Heinego 
dla każdego ciągu punktów 
 
k
x
,
D
x
k
,
0
x
x
k
, zbieżnego do x
0
, ciąg
)
(
k
x
f
jest rozbieżny do
 
.zbieżny do g.
według Cauchy’ego
A
x
f
x
x
d
D
x
A
)
(
)
,
(
0
:
0
0
.
 
Przykład 2 
Obliczyć  granice 
a)
2
)
0
,
2
(
)
,
(
lim
y
x
y
x
e
,
0
lim
2
)
0
,
1
(
)
,
(
y
x
y
x
e
 
AM2 semestr II wy kład 4
14.03.2012
14
b)
t
t
t
y
x
y
x
t
y
x
y
x
t
y
x
ln
lim
0
)
0
,
0
(
)
,
(
)]
(
0
[
)
ln(
lim
0
2
2
2
2
2
2
)
0
,
0
(
)
,
(
Wykazać, że nie istnieje granica funkcji
y
x
y
x
y
x
f
)
,
(
w punkcie
)
0
,
0
(
.
Wykresem funkcji
R
D
f
:
,
n
R
D
nazywamy zbiór
D
x
x
x
R
x
x
x
f
x
x
x
W
n
n
n
n
)
,
,
(
:
)
,
,
(
,
,
,
2
1
1
2
1
2
1
.
Dla
2
n
2
3
)
,
(
:
)
,
(
,
,
R
D
y
x
R
y
x
f
y
x
W
Wykresem funkcji dwóch zmiennych może być w przestrzeni R
3
pewna powierzchnia, wówczas
)
,
(
y
x
f
z
jest równaniem tej powierzchni. 
 
Warstwica
Warstwicą funkcji
n
R
D
R
D
f
,
:
, odpowiadającą wartości c nazywamy zbiór
n
n
n
R
c
x
x
x
f
D
x
x
x
)
,
,
(
:
)
,
,
(
2
1
2
1
 
Dla 
2
n
warstwicą powierzchni o równaniu
)
,
(
y
x
f
z
jest rzut prostokątny na płaszczyznę Oxy linii,
wzdłuż której płaszczyzna
c
z
przecina tę powierzchnię.
 
Przykład  
Naszkicuj mapę warstwic dla funkcji   
a) 
2
2
)
,
(
y
x
y
x
f
Wykresem tej funkcji jest powierzchnia, która powstaje przez obrót paraboli
2
x
z
wokół osi 0z.
Nazywamy ją paraboloidą obrotową.
b)
2
)
,
(
x
y
x
f
Wykresem tej funkcji jest powierzchnia, która powstaje przez przesunięcie paraboli
2
x
z
dla
0
y
równolegle do osi 0y.
Ciągłość funkcji
 
D
EF
. Funkcja f n zmiennych określona w pewnym otoczeniu punktu x
0
jest ciągła w punkcie x
0
wtedy i tylko
wtedy, gdy
)
(
)
(
lim
0
0
x
f
x
f
x
x
.
Funkcja f jest ciągła w zbiorze  A jeżeli  jest ciągła w każdym punkcie tego zbioru. 
 
Tw (Weierstrassa 1815-1897) 
Jeżeli  funkcja  f  jest  ciągła  w  zbiorze  domkniętym  i  ograniczonym,  to  istnieją  w  tym  zbiorze  punkty,  w 
których funkcja przyjmuje  swoje kresy. 
 
R
D
f
:
,
R
D
, istnieją punkty
D
x
x
2
1
,
takie, że
)
(
inf
)
(
1
x
f
x
f
D
x
,
)
(
sup
)
(
2
x
f
x
f
D
x
.
 
Tw. (Darboux 1842-1917) 
Jeżeli funkcja f jest ciągła w zbiorze  domkniętym  i ograniczonym  oraz liczba  q jest zawarta między liczbami 
)
(
sup
)
(
inf
x
f
q
x
f
D
x
D
x
, to istnieje co najmniej jeden punkt
D
c
, taki że
q
c
f
)
(
.
 
zadanie 
Wyznaczyć największą wartość funkcji 
xy
y
x
f
)
,
(
w zbiorze
2
:
)
,
(
2
2
y
x
y
x
D
 
AM2 semestr II wy kład 4
14.03.2012
15
 
L
ITERATURA
Zbiory zadań
Banaś J., Wędrychowicz S. Zbiór zadań z analizy matematycznej, WNT 
Stankiewicz W., Zadania z matematyki dla wyższych uczelni technicznych czI, czII, PWN 
Gewert M., Skoczylas Z., Analiza matematyczna II, Oficyna Wydawnicza GiS,  Wrocław,  
Podręczniki 
Żakowski W., Kołodziej  W., Matematyka cz II, WNT, podręczniki  akademickie dla elektroniki 
Gewert M., Skoczylas Z., Analiza matematyczna 2, Oficyna Wydawnicza GiS,  Wrocław, matematyka dla 
studentów politechnik 
Leitner R., Zarys matematyki wyższej dla inżynierów, cz I, II, III, WNT 
Dla ambitniejszych 
Rudnicki  R., Wykłady z analizy matematycznej, PWN 2006