• Nem Talált Eredményt

Definíció: Átlagos változási sebesség egy intervallumon

10. példa: A határérték becslése

Határozzuk meg a határértéket.

Megoldás

Kiszámoltunk néhány 0-hoz közeli x esetén a függvényértéket, az adatokat 2.3. táblázatban tüntettük fel. A , , , helyeken fölvett függvényértékek alaján arra következtethetünk, hogy a függvény határértéke 0.05.

Amint azonban a kisebb, , , értékekeket vizsgáljuk, a határérték mintha mégis inkább 0 lenne.1

Mi lehet vajon a keresett határérték? Vajon a 0.5, a 0, vagy egy mindkettőtől különböző szám?

A kiszámított függvényértékek ennek eldöntésében nincsenek segítségünkre, a következő alfejezetben szereplő tételek alapján azonban kiderül: a helyes válasz . Az ehhez hasonló példák mutatják a kidolgozott elméletre épülő érvelés felsőbbségét a néhány megfigyelés alapján levont következtetésekkel szemben. A valóság leírásában mindazonáltal mindkét módszernek megvannak az előnyei (ahogy a hátrányai is). ∎

2.3. táblázat. Az függvény értékei az hely közelében.

1.5. 2.1. Feladatok

1.5.1. A határérték megállapítása a függvénygrafikon alapján

1. Az ábrán egy függvény grafikonja látható. Léteznek-e az alábbi határértékek? (Ha létezik a határérték, adjuk meg, ha nem létezik, magyarázzuk meg, miért nem.)

1A számításokat a összefüggésbe helyettesítve és 6 számjegyre kerekítve elvégezve adódnak a táblázatban feltüntetett eredmények. A kis értékekre így a számláló 0 lesz. (A lektor megjegyzése.)

1.

2.

3.

2. Az ábrán egy függvény grafikonja látható. Léteznek-e az alábbi határértékek? (Ha létezik a határtérték, adjuk meg, ha nem létezik, magyarázzuk meg, miért nem.)

1.

2.

3.

3. Mely állítások igazak és melyek hamisak az ábrán látható függvényre vonatkozóan?

1. létezik a határérték 2.

3.

4.

5.

6. a nyílt intervallum minden pontjában létezik

4. Mely állítások igazak és melyek hamisak az ábrán látható függvényre vonatkozóan?

a. határérték nem létezik

A 5. és a 6. feladatban magyarázzuk meg, miért nem létezik a szóban forgó határérték!

6.

7.

8. Tegyük fel, hogy az függvény az kivételével minden x valós számra értelmezett. Mondhatunk-e ennek alapján bármit a határértékről? Indokoljuk válaszunkat.

9. Tegyük fel, hogy az függvény a zárt intervallum minden pontjában értelmezett. Mondhatunk-e ennek alapján bármit a határértékről? Indokoljuk válaszunkat.

10. Következik-e abból, hogy , az, hogy f értelmezve van az 1 helyen? Ha igen, vajon

T A 11–20. feladatok megoldásában egy függvényábrázoló program (vagy számológép) jó hasznunkra lehet.

12. Legyen

a. Készítsünk táblázatot az helyeken fölvett függvényértékekről (a

számológépünkkel elérhető pontosságig). Adjunk becslést az adatok alapján a határértékre.

Hogyan változna a becslésünk, ha a fentiek helyett az helyeken felvett függvényértékeket számítanánk ki?

b. Támasszuk alá az (a) pontban adott válaszunkat számítógéppel. Ábrázoljuk a függvény grafikonját az pont közelében; a Zoom and Trace paranccsal vizsgáljuk, mi történik, amint .

c. A 5. példában alkalmazott módszert követve számoljuk ki a határértéket.

13. Legyen

a. Készítsünk táblázatot a -höz közelítő helyeken felvett függvényértékekről.

Becsüljük meg ennek alapján értékét.

b. Támasszuk alá az (a) pontban adott válaszunkat számítógéppel. Ábrázoljuk a függvény grafikonját az pont közelében; a Zoom and Trace paranccsal vizsgáljuk meg, hogy mi történik, amint . c. Határozzuk meg algebrai úton a értéket.

14. Legyen

a. Készítsünk táblázatot a G függvény helyeken felvett értékeiről, az adatok

alapján becsüljük meg értékét. Más eredményre jutnánk-e, ha az

értékeket vizsgálnánk?

b. Támasszuk alá iménti válaszunkat számítógéppel. Ábrázoljuk a függvény grafikonját az pont közelében; használjuk a Zoom and Trace parancsot annak vizsgálatára, hogy mi történik, amint . c. Számoljuk ki értékét.

15. Legyen

a. Készítsünk táblázatot a h függvény helyeken felvett értékeiről, az adatok alapján pedig becsüljük meg értékét. Más eredményre jutnánk-e, ha az

értékeket vizsgálnánk?

b. Támasszuk alá iménti válaszunkat számítógéppel. Ábrázoljuk a függvény grafikonját az pont közelében; használjuk a zoom and trace parancsot annak vizsgálatára, hogy mi történik, amint . c. Határozzuk meg algebrai úton értékét.

16. Legyen .

a. Készítsünk táblázatot annak vizsgálatára, hogy miként viselkedik az f függvény, amint x értékei (jobbról, illetve balról) a számhoz közelítenek. Becsüljük meg adataink alapján értékét.

b. Támasszuk alá válaszunkat a függvénygrafikon számítógépes vizsgálatával is.

c. Számítsuk ki pontos értékét.

17. Legyen .

a. Készítsünk táblázatot annak vizsgálatára, hogy miként viselkedik az f függvény, amint x értékei (jobbról, illetve balról) -höz közelítenek. Becsüljük meg adataink alapján értékét.

b. Támasszuk alá válaszunkat a függvény grafikonjának számítógépes vizsgálatával.

c. Határozzuk meg pontos értékét.

18. Legyen .

a. Készítsünk táblázatot annak vizsgálatára, hogy miként viselkedik a g függvény, amikor θ értékei (jobbról, illetve balról) -hoz közelítenek. Becsüljük meg adataink alapján értékét.

b. Ábrázoltassuk számítógéppel a g függvény grafikonját a hely közelében.

19. Legyen .

a. Készítsünk táblázatot, és állapítsuk meg, miként viselkedik az F függvény, amikor t értékei (jobbról, illetve balról) egyre jobban megközelítik a helyet. Becsüljük meg adataink alapján

értékét.

b. Rajzoltassuk ki a számítógéppel az F függvény grafikonját a közelében.

20. Legyen .

a. Készítsünk táblázatot, és állapítsuk meg, hogyan viselkedik a függvény, amikor x értékei (jobbról, illetve balról) 1-hez közelítenek. Van-e határértéke az f függvénynek, amint ? Ha van, mi lehet az? Ha nincs, miért nincs?

b. Támasszuk alá válaszunkat a függvénygrafikon számítógépes vizsgálatával.

21. Legyen

a. Készítsünk táblázatot, és állapítsuk meg, hogyan viselkedik a függvény, amikor x értékei (jobbról, illetve balról) 0-hoz közelítenek. Van-e határértéke az f függvénynek, amint ? Ha van, mi lehet az? Ha nincs, miért nincs?

b. Támasszuk alá válaszunkat a függvénygrafikon számítógépes vizsgálatával.

1.5.4. A határérték kiszámítása behelyettesítéssel

A 21–28. feladatokban szereplő határértékeket a behelyettesítés módszerével számíthatjuk ki legkönnyebben.

Amennyiben lehetséges, a kapott eredményt ellenőrizzük számoló- (vagy számító-) géppel is.

3.

Határozzuk meg a függvények átlagos változási sebességét a megadott intervallumokon (29–34. feladatok).

11.

(a) ; (b)

12.

(a) ; (b)

13.

(a) ; (b) 14.

(a) ; (b)

15. ;

16. ;

17. Ford Mustang Cobra. Az ábra egy álló helyzetből induló Ford Mustang Cobra által megtett út nagyságát mutatja.

a. A 2.3. ábra mintájára készítsünk táblázatot és határozzuk meg a , , és szakaszok meredekségét. Mi a megfelelő mértékegység?

b. Becsüljük meg a gépkocsi sebességét a s pillanatban.

18. A Hold felszínétől 80 méter magasságban a leszállóegységről levált egy alkatrész. Az ábra az alkatrész által megtett utat mutatja az idő függvényében.

a. A 2.3. ábra mintájára készítsünk táblázatot és határozzuk meg a , , és szakaszok meredekségét. Mi a megfelelő mértékegység?

b. Körülbelül mekkora sebességgel csapódott be az alkatrész?

19. Az alábbi táblázatban egy kisvállalkozás nettó nyereségét tüntettük fel a működés első öt évében.

Év Profit (ezer dollár)

1990 6

1991 27

Év Profit (ezer dollár)

1992 62

1993 111

1994 174

a. Ábrázoljuk egy koordináta-rendszerben az összetartozó értékeket, a kapott pontokra pedig illesszünk folytonos görbét.

b. Mekkora az 1992 és 1994 közötti átlagos évi profitnövekedés?

c. Grafikonunk alapján becsüljük meg a profit növekedésének ütemét 1992-ben.

20. Készítsünk táblázatot az függvénynek az , , ,

, és helyeken felvett értékeiről.

a. Határozzuk meg átlagos változási sebességét az intervallumokon (a táblázatban szereplő 1-től különböző x-ek esetén).

c. A táblázat alapján becsüljük meg g változási sebességét az pontban.

d. Számoljuk ki, mennyi a g függvény intervallumbeli változási sebességét megadó függvény határértéke, amint .

22. Legyen ; .

a. Határozzuk meg átlagos változási sebességét (i) a -től -ig; (ii) -től -ig.

b. Készítsünk táblázatot az f függvény átlagos változási sebességéről az intervallumokon, ahol T egyre

jobban megközelíti 2-t (vizsgáljuk például a

értékeket).

c. A táblázat alapján becsüljük meg f változási sebességét az pontban.

d. Számoljuk ki, mennyi az f függvény intervallumbeli változási sebességét megadó függvény határértéke, amint . (A behelyettesítés előtt alakítsuk át a függvény hozzárendelési szabályát megadó formulát.)

1.5.6. Határértékbecslés számítógéppel

A 41–46. feladatokban ábrázoljuk számítógéppel a függvények grafikonját a megadott pont környezetében, és a grafikon alapján becsüljük meg a szóban forgó határértéket.

5.

A 2.1. alfejezetben a függvények határértékét a grafikonjuk, illetve számológéppel kiszámított értékeik alapján becsültük meg. Ebben az alfejezetben több olyan tételt mondunk ki, amely a határértékek pontos kiszámításában segítségünkre lesz. Az első három tétel felhatalmazást nyújt arra, hogy az előző alfejezetbeli 7. példa módszerét alkalmazzuk polinom-, racionális és hatványfüggvények határértékének meghatározására. A negyedik és az ötödik tétel a későbbi számításokat készíti elő.

2.1. A határértékek kiszámítására vonatkozó tételek

A következő tétel azt adja meg, miként lehet meghatározni két függvény összegének, különbségének, szorzatának, hányadosának, illetve egy függvény konstansszorosának, illetve racionális kitevőjú hatványfüggvénnyel vett kompozíciójának határértékét.