Tiểu luận giải tích giới hạn của hàm nhiều biến

Tiểu luận giải tích giới hạn của hàm nhiều biến

BÀI TIỂU LUẬN MÔN:GIẢI TÍCH

Tên đề tài: GIỚI HẠN CỦA HÀM NHIỀU BIẾN’

A MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong toán học, khái niệm "giới hạn" được sử dụng để chỉ giá trị mà một

hàm số hoặc một dãy số tiến gần đến khi biến số tương ứng tiến gần đến một giá trị nào đó Để giải quyết một số bài toán như:tính thể tích V của một bình hình trụ phụ thuộc vào bán kính đáy r và chiều cao h.Thực tế ta biết V= h khi đó V là một hàm theo hai biến r và h Bài toán tính nhiệt

độ T tại một điểm trên bề mặt trái đất tại một thời điểm t cho trước phụ thuộc vào kinh độ x và vĩ độ y tại điểm này chúng ta có thể coi T là một hàm theo hai biến x và y,kí hiệu T=(x,y).Bài toán về tốc độ phân hủy của một chất bán rã tỉ tệ thuần với khối lượng của nó tại mỗi thời điểm hay bài toán xác định tầm đi xa R của đường bay của viên đạn bắn ra với vận tốc ban đầu từ nòng súng tạo với đường nằm ngang một góc α được xác định R= và rất nhiều bài toán trong thực tế Trong quá trình tính toán để xác định một dữ kiện nào đó ta thường phải sử dụng rất nhiều thông số,từ đó để giải quyết một cách có hiệu quả các bài toán này ta đi đến sự hình thành nên hàm số với hàm số nhiều biến số.Trong một không gian đầy đủ khái niệm giới hạn cho phép ta xác định một điểm mới từ một dãy Cauchy các điểm đã được xác định trước giới hạn được sử dụng để định nghĩa về tính liên tục ,đạo hàm và phép tính tích phân và là một nội dung quan trọng khi nói đến hàm số và ở đây ta nói đến hàm số nhiều biến Chúng ta được biết trong hầu hết các bài toán của thực tế đối tượng nghiên cứu thường là các hàm nhiều biến số chứ không chỉ là hàm một biến như đã học ở giải tích một Để nâng cao kiến thức lên một bậc chúng

ta đi đến nghiên cứu giới hạn của hàm nhiều biến số với nhiều ứng dụng đặc biệt là những sinh viên nghành toán hiểu rõ hơn về vấn đề này nên em

chọ đề tài ‘giới hạn của hàm nhiều biến’ làm đề tài nghiên cứu của mình

2 Khái quát nội dung đề tài

Đưa ra hệ thống lý thuyết và hệ thống bài tập liên quan đến 'giới hạn của hàm số nhiều biến'

3 Đối tượng ngiên cứu

 Giới hạn hàm số

 Giới hạn hàm số nhiều biến (đối tượng chính)

 Giới hạn lặp

 Mối liên hệ giữa giới hạn hàm số,giới hạn hàm nhiều biến,giới hạn lặp

4 Mục đích nghiên cứu:

 Có hiểu biết đầy đủ về giới hạn của hàm số nhiều biến

 Tạo tiền đề vững chắc cho việc giải bài tập đặt biệt là các bài tập liên quan đến giới hạn của hàm số nhiều biến.Từ đó rèn luyện kỹ năng kỹ xảo khi giải bài tập về giới hạn hàm nhiều biến

 Tạo nền tảng vững chắc cho việc giải quyết các bài tập.Nhìn từ cái trừu tượng đến tư duy logic giúp chúng ta giải nhanh hơn và dễ dànghơn khi giải lại các bài toán tính giới hạn của hàm 1 biến hai biến

 Xây dựng thành công bài nghiên cứu về giới hạn của hàm số nhiều biến.tìm hiểu them các dạng bài tập từ nhiều tài liệu tham khảo để cung cấp một lượng kiến thức cần thiết cho người học toán và những

ai đam mê toán học

Nắm chắc giới hạn của hàm số nhiều biến cũng là tiền đề quan trọngmột bước đệm để nâng cao trình độ của bản thân dễ tiếp cận đến các bài toán liên quan sau này sẽ học như cực trị của hàm số nhiều biến, đạo hàm riêng, vi phân vi phân cấp cao…

5 Nhiệm vụ nghiên cứu:

 Tìm hiểu rõ các khái niệm:

Giới hạn hàm số

Giới hạn lặp

Giới hạn hàm nhiều biến

 Tìm tập xác định,tập giá trị ,đồ thị của các hàm số đó,biểu diễn hình học của các hàm số đó

 Các phương pháp tính giới hạn của hàm 1 biến, 2 biến, 3 biến…,n biến

 Giải quyết thắc mắc mối quan hệ giữa các giới hạn trên

 Đưa ra bài tập về các dạng

Bài tập về tồn tại giới hạn hàm nhiều biến

Bài tập về không tồn tại giới hạn hàm nhiều biến

Bài tập về tồn tại giới hạn nhưng không tồn tại giới hạn lặp

 Bài tập về tồn tại giới hạn lặp nhưng không tồn tại giới hạn hàm nhiều biến số hay hàm số

 Bài tập về tồn tại giới hạn lặp khác nhau

 Bài tập về tồn tại giới hạn lặp bang nhau

 Bài tập về tồn tại giới hạn lặp này nhưng không tồn tại giới hạn lặp kia

 chỉ ra sự khác biệt giữa các hàm số ,hàm nhiều biến số giới hạn lặp

Với D là một tập hợp con của không gian 2 chiều

Ta nói dãy điểm ( ) dần đến điểm ( ) và viết

→R nếu dãy khoảng cách d( ) dần đến 0 khi n tiến đến

Ta sử dụng kí hiệu

A = f(x,y) Biểu diễn theo hàm hai biến

 Trong tập hợp ta có hàm 3 biến số

Một hàm 3 biến là một quy tắc f : D Ϲ →R R

 Với D là một tập hợp con của không gian 3 chiều

 Ta nói dãy điểm ( ) dần đến điểm ( )

Các định nghĩa tương đương

- Định nghĩa 2: L là giới hạn của hàm số f(x,y) khi

Cho hàm hai biến số :Z=f(x,y) xác định trên D () hay M(x,y) nên >0 , δ>0

d(M, )<δ thì ǀf(M)-Lǀ<

- Định nghĩa 3: Giả sử hàm số z = f(x,y) xác định trong lân cận V

nào đó của điểm (có thể trừ điểm ) ta nói L là giới hạn của hàm số f(x,y) khi M(x,y) tiến đến ta đều có

= L

2.2 Giới hạn hàm số ba biến

-Cho hàm ba biến số :Z=f(x,y,z) xác định trên D ( )

D.Hàm f(x,y,z) được gọi là có giới hạn khi (x,y,z) dần ( , ) Nếu >0 , δ, (x,y,z) mà d((x,y,z),( , )<δ thì d(f(x,y,z),a)<ε -Kí hiệu : =a 2.3 Các tính chất của hàm số Giả sử f(M),g(M) là hai hàm số có giới hạn khi A Khi đó =

=

=

=

NHẬN XÉT Các tính chất của tổng, tích, thương của hàm nhiều biến hoàn toàn tương tự như tổng, tích, thương của hàm một biến

2.4 Giới hạn hàm số nhiều biến:

 Ta nói rằng dãy điểm { Dần tới điểm (

) Trong và viết Khi n

 Giả sử hàm số z =f(M) =f(x,y) Xác định trong một lân cận V nào đó của điểm

có thể trừ tại điểm Ta nói rằng hàm số f(x,y) có giới hạn là l khi M dần đến nếu với mọi dãy điểm thuộc lân cận V dần về ta đều có :

= l

 Khái niệm giới hạn vô hạn cũng được định nghĩa tương tự như đối với hàm số một biến

 NHẬN XÉT :Theo định nghĩa trên, muốn chứng minh sự tồn tại giới hạn của hàm số nhiều biến là một việc không đơn giản

2.5 Miền xác định, miền giá trị, và đồ thị của hàm số nhiều biến

2.5.1 Tập xác định

Miền xác định của hàm số nhiều biến:

-f :D R

M z f(M)+ Miền xác định D làm cho z f(M) xác định được gọi

là miền xác định của hàm nhiều biến + Cho hàm số f: →R R f( )=

Miền xác định của hàm số này là

Iền xác định tự nhiên của hàm số nhiều biến này là các

bộ n số sao cho khi thay vào biểu thức của hàm số thì các phép toán đều có nghĩa

-Vd1: f(x,y) ln(xy)Có tập xác định D {(x,y) /xy>0

-Vd2 : Tìm miền xác định của hàm số sau z= f (x,y)=

1 +

D={(x,y) }

2.5.2Miền giá trị của hàm số nhiều biến

Miền giá trị của hàm số u= là tập hợp tất cả các giá trị của hàm số khi điểm M biến thiên trong miền xác định D

3 Định nghĩa giới hạn lặp :

Cho hàm số z f(x,y) ( ) D

 Cố định y, nếu thì đây là hàm số theo biến y

gọi là giới hạn lặp của hàm f (x,y)

 Cố định x , , nếu thì đây là hàm

số theo biến x

gọi là giới hạn lặp của hàm f (x,y)

Vậy

CHƯƠNG 2 BÀI TẬP

 Kiến thức cần nắm bắt khi làm bài tập và các dạng bài tập

 Nếu bài toán tồn tại giới hạn lặp đồng thời vai trò của các biến x,y, như nhau thì giới hạn lặp theo biến x hay theo biến

y của bài toán đó có kết quả như nhau

 Chú ý : Chúng ta phân biệt khái niệm giới hạn nói trên khi x,y đồng thời tiến đến với hai giới hạn lặp

Nói chung giới hạn đồng thời và giới hạn lặp không liên quan với nhau

 Có khi hàm số tồn tại giới hạn đồng thời nhưng không tồn tại giới hạn lặp (Qua phần bài tập ở phần B để hiểu đầy đủ hơn )

 Có khi bài toán có giới hạn lặp nhưng ko tồn tại giới hạn lặp (Qua phần bài tập ở phần B để hiểu đầy đủ hơn )

 Và có khi bài toán tồn tại cả giới hạn lặp và giới hạn đồng thời

 Các dạng toán và phương pháp giải toán ở hàm số nhiều biến

-Ở phần bài tập về hàm số nhiều biến ta học chủ yếu bốn dạng toán vô định sau

p

L Hopital để giải …

 Ở hàm số nhiều biến ta cũng sử dụng các phương pháp này

để giải và đa số sử dụng nhiều giới hạn kẹp và phương pháp nhận xét đánh giá để giải bài toán nhanh và hiệu quả

-Định lý giới hạn kẹp giả sử f(x,y) , g(x,y) , h(x,y)Cùng xác định trên D và h(x,y) f(x,y) g(x,y)

Lim h(x ;y) = lim g(x,y)=0 khi đó f(x ;y) =0

Dạng 2: Bài tập không dùng mà dùng định lý kẹp và phương pháp nhận xét đánh giá

Bài tập 2:Tính các giới hạn sau

Ta có ( -2

Mà 0 ǀTheo định lý kẹp ta có :

Thực tế có rất nhiều bài toán không tồn tại giới hạn.Vậy với dạng bài tập không tồn tại chúng ta phải giải như thế nào chúng ta cùng đến với

Dạng 3 : Bài tập về không tồn tại giới hạn

Do đó không tồn tại giới hạn của hàm số đã

Khi đó f( ) = = = 2

Do f( ) f( ) nên không tồn tại

Do đó không tồn tại giới hạn của hàm số đã cho

4.2 Bài tập về tồn tại giới hạn nhưng không tồn tại giới hạn lặp

a) Xet giới hạn

Theo định lý kẹp suy ra

=0 Tuy nhiên từng giới hạn lặp không tồn tại Thậy vậy :

-Vai trò của x,y là như nhau nên ta có thể xét giới hạn lặp theo x trước y sau

Với y

Vì vai trò của x,y như nhau nên ta chỉ cần chứng minh theo biến x không tồn tại thì suy ra theo biến ycũng không tồn tại

Chọn =

Chọn =

 do x y có vai trò như nhau nên cũng không tồn tại

Vậy bài toán tồn tại giới hạn nhưng không tồn tại giới hạn lặp

= = 1-

Vậy hàm số có giá trị của giới hạn lặp khác nhau

4.4 Bài tập về tồn tại giới hạn lặp bằng nhau

= 0Nên hàm số đã cho có giới hạn lặp bằng nhau

= = 0Vậy hàm số có giới hạn lặp bằng nhau

Ta có :

Vậy hàm số có giới hạn lặp bằng nhau

C TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Vũ Tuấn Giải tích toán học tập 2.Nhà xuất bản Giáo dục VIệt Nam

[2] Nguyễn Đình Trí, Tạ Văn Đĩnh, Nguyễn Hồ Quỳnh.Bài tập toán cao cấp tập 3 NXB Giáo Dục 2006

[3] Nguyễn Thừa Hợp Giải tích tâp 3.NXB Đại học Quốc gia Hà

Nội.2008

-Một số bài toán tham khảo trên luận án thạc sĩ

-Vì nguồn tài liệu tham khảo ít nên các bài toán em đưa ra có không ít đề bài do em tự ra đề và giải nên không thể không thiếu phần sai sót mong côgiúp đỡ để đề tài nghiên cứu của em được hoàn thiện hơn

D Kết luận

Đề tài này gồm có hai chương, chương I là cơ sở lý thuyết, chương 2 là hệthống bài tập Trong hệ thống bài tập có nhiều dạng bài tập Mỗi nội dung nghiên cứu chính của đề tài đã trình bày và làm rõ được những định nghĩa, khái niệm về giới hạn của hàm số nhều biến và những vấn đề liên quan Bài tiểu luận đã đưa ra được một hệ thống về các dạng bài tập liên quan

đến giới hạn của hàm nhiều biến số.Tuy nhiên khi gặp phải dạng toán về " Giới hạn của hàm nhiều biến" chúng ta sẽ gặp không ít khó khăn vì thời

gian học trên lớp có hạn nên hệ thống bài tập sẽ không nhiều và đa dạng vềcác dạng toán, cũng hơi khó khăn khi bắt buộc để biết khi giải quyết vấn

đề hàm số đó có tồn tại giới hạn hay không ? Làm sao để biết được bài toán đó không có giới hạn hay có giới hạn ? để đưa ra hướng giải quyết một số bài tập về dạng không tồn tại giới hạn chúng ta rất khó để chọn dãy

để đưa ra chứng minh hàm số đó không tồn tại giới hạn Nội dung nghiên

cứu của đề tài sẽ hỗ trợ một phần nào đó cho việc tìm hiểu và học tập của sinh viên về những nội dung liên quan đến giới hạn của hàm nhiều biến Khi nghiên cứu đề tài này, bản thân em nhận thấy rằng : Để giải được các bài toán về giới hạn của hàm số, mở rộng là hàm số nhiều biến ngoài việc giải nhiều bài tập chúng ta cần phải chú ý đến phương pháp giải giới hạn của hàm số của giới hạn đã học Các phương pháp đó liên quan đến việc giải giới hạn của hàm số nhiều biến Tóm lại, để nắm chắc về nội dung của

phần " Giới hạn của hàm số nhiều biến " cho việc dạy và học các bạn

nên tìm kiếm nhiều bài tập, tài liệu tham khảo trong giáo trình hoặc trên mạng để nâng cao kiến thức hổ trợ cho việc dạy và học đạt kết quả tốt hơnTrong khuôn khổ của bài tiểu luận này về thời gian cũng như về kiến thức nên có những vấn đề trình bày về dạng bài tập chưa phong phú nên em mong nhận được sự chia sẽ của cô cũng như các bạn để bài tiểu luận được hoàn thiện