Limes (matematika)

Za druga značenja, pogledajte Granična vrijednost.

U matematici, koncept "granične vrijednosti" koristi se za opisivanje ponašanja funkcije kako se njen argument "približava" nekoj tački, ili kako argument postaje proizvoljno velik; ili ponašanja elemenata niza kako njihov indeks raste u beskonačnost. Granične vrijednosti se koriste u kalkulusu i drugim granama matematičke analize kako bi se definisala derivacija i neprekidnost.

Granična vrijednost funkcije

Glavni članak: Granična vrijednost funkcije

Pretpostavimo da je ƒ(x) funkcija realne vrijednosti i da je c realan broj. Izraz:

$\lim _{x\to c}f(x)=L$

znači da se ƒ(x) proizvoljno može približiti broju L ako je x dovoljno blizu broja c. U ovom slučaju, možemo reći da je "granična vrijednost funkcije ƒ od x, kada x teži u c, broj L".

Formalna definicija

Kad god je x unutar δ jedinica od p, f(x) je unutar ε jedinica od L

Karl Weierstrass formalno je definisao graničnu vrijednost kako slijedi:

Neka f bude funkcija definisana na otvorenom intervalu sadržavajući c (osim u c) i neka L bude realan broj.

$\lim _{x\to c}f(x)=L$

znači da

za svaki realan broj ε > 0 postoji realan broj δ > 0 takav da za svako x sa 0 < |x − c| < δ, imamo |f(x) − L| < ε.

ili, simbolički,

$\forall \varepsilon >0\ \ \exists \delta >0\ \ \forall x(0<|x-c|<\delta \ \implies \ |f(x)-L|<\varepsilon ).$

Granična vrijednost niza

Glavni članak: Granična vrijednost niza

Razmotrimo niz: 1,79; 1,799; 1,7999; ... Možemo primijetiti da se brojevi "približavaju" broju 1,8, što predstavlja graničnu vrijednost niza.

formalno, pretpostavimo da je x₁, x₂, ... niz realnih brojeva. Kažemo da je realan broj L granična vrijednost ovog niza i to pišemo kao

$\lim _{n\to \infty }x_{n}=L$

što riječima znači

Za svaki realan broj ε > 0, postoji prirodan broj n₀ takav da za svako n > n₀, vrijedi |x_n − L| < ε.

Korisni identiteti

• $\lim _{n\to c}S\cdot f(n)=S\cdot \lim _{n\to c}f(n)$, gdje je S skalarni množilac.
• $\lim _{n\to c}b^{f(n)}=\displaystyle b^{\lim _{n\to c}f(n)}$, gdje je b konstanta.

Slijedeća pravila važe samo ako granične vrijednosti sa desne strane postoje i ako su konačne.

• $\lim _{n\to c}(f(n)+g(n))=\lim _{n\to c}f(n)+\lim _{n\to c}g(n)$
• $\lim _{n\to c}(f(n)-g(n))=\lim _{n\to c}f(n)-\lim _{n\to c}g(n)$
• $\lim _{n\to c}(f(n)\cdot g(n))=\lim _{n\to c}f(n)\cdot \lim _{n\to c}g(n)$
• $\lim _{n\to c}{\frac {f(n)}{g(n)}}={\frac {\lim _{n\to c}f(n)}{\lim _{n\to c}g(n)}}$, ako limes u nazivniku nije jednak nuli

Ako je bilo koja od graničnih vrijednosti sa desne strane nedefinisana ili beskonačna, ova pravila ne moraju vrijediti.

Na primjer, $\lim _{n\to \infty }(3n+2)+(2-3n)=4$, ali $\lim _{n\to \infty }(3n+2)+\lim _{n\to \infty }(2-3n)$ je nedefinisan.

Veoma važne granične vrijednosti

• $\lim _{x\to 0}{\frac {\sin x}{x}}=1$
• $\lim _{x\to 0}{\frac {1-\cos x}{x}}=0$
• $\lim _{x\to \infty }\left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}.$

L'Hôpitalovo pravilo

Glavni članak: L'Hôpitalovo pravilo

Ovo pravilo koristi derivacije i ima uslov za primjenu. (Može se koristiti samo na graničnim vrijednostima oblika 0/0 ili ±∞/±∞. Ostali neodređeni oblici zahtijevaju algebarske manipulacije.)

• $\lim _{n\to c}{\frac {f(n)}{g(n)}}=\lim _{n\to c}{\frac {f'(n)}{g'(n)}}$

Na primjer:

$\lim _{n\to 0}{\frac {\sin(2n)}{\sin(3n)}}=\lim _{n\to 0}{\frac {2\cos(2n)}{3\cos(3n)}}={\frac {2\cdot 1}{3\cdot 1}}={\frac {2}{3}}.$

Sume i inegrali

Kraći naćin zapisivanja granične vrijednosti $\lim _{n\to \infty }\sum _{i=s}^{n}f(i)$ je $\sum _{i=s}^{\infty }f(i)$.

Kraći naćin zapisivanja granične vrijednosti $\lim _{n\to \infty }\int _{a}^{n}f(x)\;dx$ je $\int _{a}^{\infty }f(x)\;dx$.

Kraći naćin zapisivanja granične vrijednosti $\lim _{n\to -\infty }\int _{n}^{b}f(x)\;dx$ je $\int _{-\infty }^{b}f(x)\;dx$.

Također pogledajte

• Jednostrana granična vrijednost
• Teorem stiska