background image

AM2 semestr II wy kład 4 

                                                                                   14.03.2012 

12 

FUNKCJE

 

WIELU

 

ZMIENNYCH 

 

Przestrzeń R

 
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

 ustalony  punkt z 

n

 
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

 

2

 otoczenie  U(P

0

r) jest wnętrzem koła o środku w P

0

 i promieniu  r.  

3

 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
 
 

background image

AM2 semestr II wy kład 4 

                                                                                   14.03.2012 

13 

D

EF

.  

Ciąg punktów 

)

(

k

x

 

,

2

,

1

k

 przestrzeni 

n

 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

 

background image

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

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

 

background image

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