הבדלים בין גרסאות בדף "משתמש:אור שחף/133 - רשימת משפטים"
מתוך Math-Wiki
מ |
|||
שורה 72: | שורה 72: | ||
* תהא <math>f</math> אינטגרבילית מקומית ב-<math>(a,b]</math>. אזי <math>\int\limits_a^b f</math> מתכנס אם"ם <math>\forall\varepsilon>0:\ \exists x_0\in(a,b):\ \forall a<x_1<x_2<x_0:\ \left|\int\limits_{x_1}^{x_2}f\right|<\varepsilon</math>. | * תהא <math>f</math> אינטגרבילית מקומית ב-<math>(a,b]</math>. אזי <math>\int\limits_a^b f</math> מתכנס אם"ם <math>\forall\varepsilon>0:\ \exists x_0\in(a,b):\ \forall a<x_1<x_2<x_0:\ \left|\int\limits_{x_1}^{x_2}f\right|<\varepsilon</math>. | ||
* תהא <math>f</math> אינטגרבילית מקומית ב-<math>(a,b]</math>. אם <math>\int\limits_a^b |f|</math> מתכנס אז <math>\int\limits_a^b f</math> מתכנס. | * תהא <math>f</math> אינטגרבילית מקומית ב-<math>(a,b]</math>. אם <math>\int\limits_a^b |f|</math> מתכנס אז <math>\int\limits_a^b f</math> מתכנס. | ||
+ | |||
+ | =סדרות וטורים של פונקציות= | ||
+ | ==התכנסות במ"ש== | ||
+ | ===סדרות=== | ||
+ | * <math>f_n\to f</math> במ"ש על <math>I</math>, כלומר <math>\forall\varepsilon>0:\ \exists n_0\in\mathbb N:\ \forall n>n_0:\ \forall x\in I:\ |f(x)-f_n(x)|<\varepsilon</math>, אם"ם <math>\lim_{n\to\infty}\sup_{x\in I}|f(x)-f_n(x)|=0</math>. | ||
+ | * נניח כי <math>f_n\to f</math> במ"ש ב-<math>I</math>, ועבור <math>x_0\in I</math> כלשהו <math>f_n</math> רציפה ב-<math>x_0</math> לכל <math>n</math>. אזי <math>f</math> רציפה ב-<math>x_0</math>. | ||
+ | * <math>f_n\to f</math> במ"ש ב-<math>[a,b]</math> וכל <math>f_n</math> אינטגרבילית בקטע. אזי <math>f</math> אינטגרבילית בקטע ומתקיים <math>\int\limits_a^b f=\lim_{n\to\infty}\int\limits_a^b f_n</math>. | ||
+ | * <math>\{f_n\}_{n\in\mathbb N}</math> היא סדרת פוקציות בעלות נגזרות רציפות ב-<math>I</math>, המתכנסות במ"ש ב-<math>I</math> לפונקציה <math>g</math>. כמו כן, <math>\{f_n\}</math> מתכנסת בנקודה אחת לפחות ב-<math>I</math>. אזי <math>f=\lim_{n\to\infty} f_n</math> מוגדרת ב-<math>I</math> ומתקיים <math>f'=g</math>. | ||
+ | * סדרת פונקציות <math>\{f_n\}</math> מתכנסת במ"ש אם"ם היא מקיימת את תנאי קושי במ"ש, כלומר <math>\forall\varepsilon>0:\ \exists n_0\in\mathbb N:\ \forall n>m>n_0:\ \forall x\in I:\ |f_n(x)-f_m(x)|<\varepsilon</math>. | ||
+ | ===טורים=== | ||
+ | * טור פונקציות <math>\sum_{n=1}^\infty f_n</math> מתכנס במ"ש אם"ם הוא מקיימת את תנאי קושי במ"ש, כלומר <math>\forall\varepsilon>0:\ \exists n_0\in\mathbb N:\ \forall n>m>n_0:\ \forall x\in I:\ \sum_{k=m}^n f_k(x)<\varepsilon</math>. | ||
+ | * '''מבחן ה-M של ויירשטראס:''' נניח שכל <math>f_n</math> מוגדרת ב-<math>I</math> וחסומה שם, כלומר <math>\forall x\in I:\ |f_n(x)|\le M_n</math> עבור <math>M_n</math> כלשהו, וכן <math>\sum_{n=1}^\infty M_n</math> מתכנס במובן הצר. אזי <math>\sum_{n=1}^\infty f_n</math> מתכנס במ"ש על <math>I</math> | ||
+ | * נתון כי כל <math>f_n</math> רציפה ב-<math>x_0\in I</math> וכן <math>S=\sum_{n=1}^\infty f_n</math> במ"ש על <math>I</math>. אזי <math>S</math> רציפה ב-<math>x_0</math>. | ||
+ | * <math>S=\sum_{n=1}^\infty f_n</math> במ"ש על <math>[a,b]</math> וכל <math>f_n</math> אינטגרבילית ב-<math>[a,b]</math>. אזי <math>S</math> אינטגרבילית בקטע ומתקיים <math>\int\limits_a^b S=\sum_{n=1}^\infty\int\limits_a^b f</math>. | ||
+ | * <math>\{f_n\}_{n\in\mathbb N}</math> היא סדרת פוקציות בעלות נגזרות רציפות ב-<math>I</math>. הטור <math>\sum_{n=1}^\infty f_n</math> מתכנס בנקודה אחת לפחות בקטע, וטור הנגזרות <math>s=\sum_{n=1}^\infty f_n'</math> מתכנס במ"ש על <math>I</math>. אזי <math>\sum_{n=1}^\infty f_n</math> מתכנס במ"ש לפונקציה גזירה <math>S</math> כך ש-<math>S'=s</math>. | ||
+ | |||
+ | ==טורי חזקות== | ||
+ | * יהי <math>\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> טור חזקות. רדיוס ההתכנסות <math>R=\frac1{\overline{\displaystyle\lim_{n\to\infty}}\sqrt[n]{|a_n|}}</math> מקיים שאם הנקודה <math>x</math> מקיימת <math>|x-x_0|<R</math> אזי הטור מתכנס בהחלט, ואם <math>|x-x_0|>R</math> הטור מתבדר. כמו כן, הטור מתכנס במ"ש ב-<math>[x_0-r,x_0+r]</math> לכל <math>0<r<R</math>. | ||
+ | * יהי <math>\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> טור חזקות עם רדיוס התכנסות <math>R</math>. אם קיים <math>S=\lim_{n\to\infty}\frac{|a_n|}{|a_{n+1}|}</math> במובן הרחב אזי <math>S=R</math>. | ||
+ | * יהי <math>\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> טור חזקות עם רדיוס התכנסות <math>R>0</math>. אזי <math>f(x)=\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> היא פונציה המוגדרת ב-<math>(x_0-R,x_0+R)</math>, כך שנגזרתה בקטע זה היא <math>f'(x)=\sum_{n=1}^\infty n a_n(x-x_0)^{n-1}</math>. | ||
+ | :* {{הערה|הכללה:}} בתנאים הללו, <math>f</math> גזירה אינסוף פעמים ו-<math>f^{(k)}(x)=\sum_{n=k}^\infty\frac{n!}{(n-k)!}a_n(x-x_0)^{n-k}</math> לכל <math>k\in\mathbb N\cup\{0\}</math>. יתרה מזאת, רדיוס ההתכנסות של הטורים הגזורים הוא <math>R</math>. | ||
+ | * יהי <math>f(x)=\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> טור חזקות עם רדיוס התכנסות <math>R>0</math>. אזי לכל <math>n\in\mathbb N\cup\{0\}</math> מתקיים <math>a_n=\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}</math>, ז"א הטור הוא טור טיילור של <math>f</math> סביב <math>x_0</math>. | ||
+ | * יהי <math>f(x)=\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> טור חזקות עם רדיוס התכנסות <math>R>0</math>. אזי <math>f</math> אינטגרבילית ב-<math>(x_0-R,x_0+R)</math> ומתקיים לכל <math>x</math> בקטע <math>\int\limits_{x_0}^x f=\sum_{n=0}^\infty \frac{a_n}{n+1}(x-x_0)^{n+1}</math>. רדיוס ההתכנסות של טור האינטגרל הוא <math>R</math>. | ||
+ | * '''משפט היחידות לטורי חזקות:''' אם <math>\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n=\sum_{n=0}^\infty b_n(x-x_0)^n</math> לכל <math>x\in I\ne\varnothing</math> אזי <math>\forall n:\ a_n=b_n</math>. | ||
+ | * '''משפט אבל:''' נניח ש-<math>f(x)=\sum_{n=0}^\infty a_n(x-x_0)^n</math> טור חזקות בעל רדיוס התכנסות <math>R</math>. אם <math>\sum_{n=0}^\infty a_nR^n</math> קיים אזי <math>\lim_{x\to x_0+R^-}f(x)</math> קיים ושווה לו, ואם <math>\sum_{n=0}^\infty a_n(-R)^n</math> קיים אזי <math>\lim_{x\to(x_0-R)^+}f(x)</math> קיים ושווה לו. | ||
+ | * '''משפט דיני:''' נתון כי כל <math>f_n</math> רציפה בקטע סגור <math>I</math> והסדרות <math>\{f_n(x)\}_{n\in\mathbb N}</math> עולות לכל <math>x\in I</math> או יורדות לכל <math>x\in I</math>. כמו כן, <math>f_n\to f</math> נקודתית ו-<math>f</math> רציפה ב-<math>I</math>. אזי <math>f_n\to f</math> במ"ש. | ||
+ | |||
+ | =השתנות חסומה= | ||
+ | * תהנה <math>g,h</math> פונקציות מונוטוניות עולות ב-<math>[a,b]</math> ונגדיר <math>f=g-h</math> בקטע. אזי ל-<math>f</math> יש השתנות חסומה בקטע. | ||
+ | * תהי <math>f</math> בעלת השתנות חסומה ב-<math>[a,b]</math>. אזי קיימות פונקציות מונוטוניות עולות <math>g,h</math> בקטע כך ש-<math>f=g-h</math>. | ||
+ | * תהי <math>f</math> בעלת השתנות חסומה ב-<math>[a,b]</math>. אזי לכל <math>x_0\in[a,b)</math> קיים <math>\lim_{x\to x_0^+} f(x)</math> ולכל <math>x_0\in(a,b]</math> קיים <math>\lim_{x\to x_0^-} f(x)</math>. | ||
+ | * תהי <math>f</math> בעלת השתנות חסומה ב-<math>[a,b]</math>. אזי f אינטגרבילית ב-<math>[a,b]</math>. |
גרסה מ־18:50, 28 באוגוסט 2011
במשפטים הבאים, אלא אם צויין אחרת, נסמן:
-
הוא קבוע.
-
פונקציות.
- הקטע הנתון הוא הקטע הסגור
.
- אם מצויין שלפונקציה יש תכונה מסויימת אזי הכוונה לכך שהתכונה מתקיימת בקטע הנתון (למשל: "
חסומה" = "
חסומה ב-
").
-
היא חלוקה
של הקטע הנתון כך ש-
.
-
היא העדנה של
.
-
היא חלוקה נוספת של הקטע הנוצרת מהחלוקה
כך ש-
ו-
.
-
תוכן עניינים
אינטגרלים
- אם
ו-
קדומות ל-
בנקודה כלשהי אז קיים
כך ש-
.
- אם
חסומה ב-
אזי
.
- אם
(כלומר,
מתקבלת מ-
ע"י הוספת
נקודות) ו-
חסומה בקטע אזי
וכן
.
- לכל חלוקה
של הקטע הנתון (לאו דווקא העדנה של
), אם
חסומה בקטע אזי
.
- לכל
אינטגרבילית מתקיים
.
- תהי
חסומה. אזי
וגם
.
- נניח ש-
חסומה.
אינטגרבילית אם"ם
.
- נניח ש-
חסומה.
אינטגרבילית אם"ם לכל
קיימת חלוקה
של
כך ש-
.
- אם
רציפה אז
אינטגרבילית.
- הכללה: אם
רציפה וחסומה בקטע הפתוח
אזי
אינטגרבילית.
- הכללה להכללה: אם
רציפה בקטע בכל נקודה למעט במספר סופי של נקודות והיא חסומה אזי
אינטגרבילית.
- הכללה להכללה: אם
- הכללה: אם
- אם
מונוטונית אזי היא אינטגרבילית.
- נניח ש-
. אזי
אינטגרבילית ב-
, ב-
וב-
אם"ם היא אינטגרבילית ב-
, ואם כן אז
.
- הכללה: עבור
כנ"ל ו-
(הנקודות לאו דווקא מסודרות בסדר עולה) מתקיים
.
- הכללה: עבור
- אם
חסומה אז
. יתר על כן,
ו-
.
- הגדרות האינטגרל לפי דרבו ולפי רימן שקולות.
- לינאריות: עבור
אינטגרביליות מתקיים
.
- מונוטוניות: אם
אינטגרביליות וכן
אזי
.
- חיוביות: בפרט מתקיים שאם
אינטגרביליות ואי-שלילית אזי
.
- חיוביות: בפרט מתקיים שאם
- הכללה לאי-שיוויון המשולש: אם
אינטגרבילית אז
אינטגרבילית ו-
.
- אם
אינטגרבילית וחסומה אז
.
- מקרה פרטי: אם
ו-
אינטגרבילית אז
.
- מקרה פרטי: אם
(פונקציה קבועה) אז
.
- מקרה פרטי: אם
- מקרה פרטי: אם
- המשפט היסודי של חשבון אינטגרלי: תהי
אינטגרבילית ותהי
כך ש-
. אזי
רציפה וכן לכל נקודה ב-
שבה
רציפה,
קדומה ל-
(כלומר,
גזירה ב-
ו-
).
- נוסחת ניוטון-לייבניץ: תהי
רציפה. אזי
.
- לכל
רציפה יש פונקציה קדומה.
- אינטגרציה בחלקים: נניח כי
רציפות. אזי
.
- שיטת ההצבה:
.
- כל פונקציה רציונלית
כך ש-
ניתנת לפירוק יחיד כסכום של שברים חלקיים
כאשר
ול-
אין שורשים ממשיים.
- נפח גוף הסיבוב הנוצר מסיבוב השטח שמתחת ל-
אי-שלילית בין
ל-
סביב ציר ה-
הוא
.
- אם
רציפה אז הממוצע שלה בקטע
הוא
.
- אם
בעלת גזירה אז אורך הגרף שלה בקטע
הוא
.
- שטח המעטפת (ללא הבסיסים) של גוף סיבוב הנוצר מסיבוב הגרף של
רציפה סביב ציר ה-
בקטע
הוא
.
- תהא
בעלת נגזרת
-ית רציפה. אזי
כאשר
הוא פיתוח טיילור מסדר
של
והשארית היא
עבור
כאשר פיתוח טיילור נעשה סביב
.
- תהא
בעלת נגזרת רציפה והחלוקה
היא חלוקה שווה כאשר לכל
מתקיים
. אזי
והשארית חסומה ע"י
כאשר
.
- תהא
בעלת נגזרת שנייה רציפה והחלוקה
היא חלוקה שווה כאשר לכל
מתקיים
. אזי
והשארית חסומה ע"י
כאשר
.
- תהא
בעלת נגזרת רביעית רציפה והחלוקה
היא חלוקה שווה כאשר לכל
מתקיים
ו-
זוגי. אזי
והשגיאה חסומה ע"י
כאשר
.
- תהיינה
אינטגרביליות ב-
. אזי
אינטגרבילית ב-
ומתקיים
.
- תהא
אינטגרבילית מקומית ב-
ויהי
. אזי
אינטגרבילית ב-
אם"ם
אינטגרבילית ב-
ואם כן
.
-
מונוטונית עולה ב-
. אזי
קיים אם"ם
ואם כן
.
-
אי-שלילית ואינטגרבילית מקומית ב-
. אזי
מתכנס אם"ם האינטגרלים החלקיים
חסומים מלעיל, ואם לא אז
.
- מבחן ההשוואה: נניח ש-
אי-שליליות ואינטגרביליות מקומית ב-
וכן
. אם
מתכנס אז
מתכנס.
- מבחן ההשוואה הגבולי:
אי-שליליות ואינטגרביליות מקומית ב-
וכן
. אם
מתכנס אז
מתכנס.
- מקרה פרטי: אם בפרט הגבול שונה מ-0 אז שני האינטגרלים מתכנסים ומתבדרים כאחד.
- המבחן האינטגרלי לטורים: תהא
אי-שלילית, מונוטונית יורדת ואינטגרבילית מקומית ב-
עבור
כלשהו. אזי
מתכנס אם"ם
מתכנס.
- הכללה: בפרט מתקיים
.
- הכללה: בפרט מתקיים
- תהא
מוגדרת ב-
.
קיים אם"ם הוא מקיים את תנאי קושי בקטע.
- תהא
אינטגרבילית מקומית ב-
. אזי
מתכנס אם"ם
.
- תהא
אינטגרבילית מקומית ב-
. אם
אינטגרבילית בקטע אזי גם
אינטגרבילית בו.
- מבחן דיריכלה: תהא
רציפה ב-
ונניח שהאינטגרלים החלקיים
חסומים כאשר
. כמו כן תהא
מונוטונית ובעלת נגזרת רציפה ב-
ו-
. אזי
מתכנס.
- סכימה בחלקים:
כאשר
.
- משפט דיריכלה לטורים: נניח שלטור
יש סכומים חלקיים חסומים ונניח ש-
סדרה מונוטונית כך ש-
. אזי
מתכנס.
- אם
אינטגרביליות ב-
אזי לכל
מתקיים
.
- עבור
ו-
אינטגרבילית מקומית ב-
,
אינטגרבילית בקטע אם"ם
אינטגרבילית ב-
, ואם כן
.
- תהי
מונוטונית ב-
. אזי
קיים אם"ם
חסומה ב-
.
- אם
אי-שלילית ואינטגרבילית מקומית ב-
אז
אינטגרבילית ב-
אם"ם האינטגרלים החלקיים
חסומים כאשר
.
- מבחן ההשוואה:
אי-שליליות ואינטגרביליות מקומיות ב-
וכן
. אם
מתכנס אזי
מתכנס.
- מבחן ההשוואה הגבולי:
אי-שליליות ואינטגרביליות מקומית ב-
וקיים
. אם
מתכנס אז
מתכנס.
- מקרה פרטי: אם בפרט הגבול שונה מ-0 אז שני האינטגרלים מתכנסים ומתבדרים כאחד.
- תהא
אינטגרבילית מקומית ב-
. אזי
מתכנס אם"ם
.
- תהא
אינטגרבילית מקומית ב-
. אם
מתכנס אז
מתכנס.
סדרות וטורים של פונקציות
התכנסות במ"ש
סדרות
-
במ"ש על
, כלומר
, אם"ם
.
- נניח כי
במ"ש ב-
, ועבור
כלשהו
רציפה ב-
לכל
. אזי
רציפה ב-
.
-
במ"ש ב-
וכל
אינטגרבילית בקטע. אזי
אינטגרבילית בקטע ומתקיים
.
-
היא סדרת פוקציות בעלות נגזרות רציפות ב-
, המתכנסות במ"ש ב-
לפונקציה
. כמו כן,
מתכנסת בנקודה אחת לפחות ב-
. אזי
מוגדרת ב-
ומתקיים
.
- סדרת פונקציות
מתכנסת במ"ש אם"ם היא מקיימת את תנאי קושי במ"ש, כלומר
.
טורים
- טור פונקציות
מתכנס במ"ש אם"ם הוא מקיימת את תנאי קושי במ"ש, כלומר
.
- מבחן ה-M של ויירשטראס: נניח שכל
מוגדרת ב-
וחסומה שם, כלומר
עבור
כלשהו, וכן
מתכנס במובן הצר. אזי
מתכנס במ"ש על
- נתון כי כל
רציפה ב-
וכן
במ"ש על
. אזי
רציפה ב-
.
-
במ"ש על
וכל
אינטגרבילית ב-
. אזי
אינטגרבילית בקטע ומתקיים
.
-
היא סדרת פוקציות בעלות נגזרות רציפות ב-
. הטור
מתכנס בנקודה אחת לפחות בקטע, וטור הנגזרות
מתכנס במ"ש על
. אזי
מתכנס במ"ש לפונקציה גזירה
כך ש-
.
טורי חזקות
- יהי
טור חזקות. רדיוס ההתכנסות
מקיים שאם הנקודה
מקיימת
אזי הטור מתכנס בהחלט, ואם
הטור מתבדר. כמו כן, הטור מתכנס במ"ש ב-
לכל
.
- יהי
טור חזקות עם רדיוס התכנסות
. אם קיים
במובן הרחב אזי
.
- יהי
טור חזקות עם רדיוס התכנסות
. אזי
היא פונציה המוגדרת ב-
, כך שנגזרתה בקטע זה היא
.
- הכללה: בתנאים הללו,
גזירה אינסוף פעמים ו-
לכל
. יתרה מזאת, רדיוס ההתכנסות של הטורים הגזורים הוא
.
- הכללה: בתנאים הללו,
- יהי
טור חזקות עם רדיוס התכנסות
. אזי לכל
מתקיים
, ז"א הטור הוא טור טיילור של
סביב
.
- יהי
טור חזקות עם רדיוס התכנסות
. אזי
אינטגרבילית ב-
ומתקיים לכל
בקטע
. רדיוס ההתכנסות של טור האינטגרל הוא
.
- משפט היחידות לטורי חזקות: אם
לכל
אזי
.
- משפט אבל: נניח ש-
טור חזקות בעל רדיוס התכנסות
. אם
קיים אזי
קיים ושווה לו, ואם
קיים אזי
קיים ושווה לו.
- משפט דיני: נתון כי כל
רציפה בקטע סגור
והסדרות
עולות לכל
או יורדות לכל
. כמו כן,
נקודתית ו-
רציפה ב-
. אזי
במ"ש.
השתנות חסומה
- תהנה
פונקציות מונוטוניות עולות ב-
ונגדיר
בקטע. אזי ל-
יש השתנות חסומה בקטע.
- תהי
בעלת השתנות חסומה ב-
. אזי קיימות פונקציות מונוטוניות עולות
בקטע כך ש-
.
- תהי
בעלת השתנות חסומה ב-
. אזי לכל
קיים
ולכל
קיים
.
- תהי
בעלת השתנות חסומה ב-
. אזי f אינטגרבילית ב-
.