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Topos Uranos

सीमाएँ और सांतत्य: सारांश और चुनौतियाँ

सारांश

यह पाठ सीमाओं और सांतत्य को समर्पित इकाई को समाप्त करता है। यह इकाई के दस पाठों में सिद्ध की गई बातों को एक ही निगमनात्मक शृंखला में जोड़ता है: एप्सिलॉन और डेल्टा द्वारा सीमा की परिभाषा और उसके स्थानीय गुण, तीन प्रमेयिकाओं पर आधारित सीमाओं के बीजगणित के नियम, सैंडविच प्रमेय और त्रिकोणमितीय सीमाएँ; एकपक्षीय सीमाएँ, अनंत पर सीमाएँ और अनंत सीमाएँ, जो प्रतिबंध, प्रतिलोमन और व्युत्क्रम द्वारा उन नियमों को विरासत में पाती हैं, और उनके साथ अनंतस्पर्शी; सांतत्य, प्रारंभिक फलनों का सांतत्य, महत्वपूर्ण सीमाएँ, और तुल्य अनंतसूक्ष्मों द्वारा फलनों की तुलना। यह दिखाता है कि इकाई बीजगणित और ज्यामिति I और II पर कैसे टिकी है, उन दोनों ने अनंतस्पर्शियों और सांतत्य के बारे में जो तथ्य बिना प्रमाण के स्वीकार किए थे उन्हें प्रमेयों में कैसे बदलती है, और अवकलजों तथा उनके अनुप्रयोगों के अध्ययन की तैयारी कैसे करती है। अंत में समापन मूल्यांकन है, जो प्रवेश मूल्यांकन के समांतर है, और दस चुनौतियाँ हैं, जो पाठों की समस्याओं से कठिन हैं और प्रत्येक उनमें से कई पाठों के परिणामों को जोड़ती है।

अधिगम उद्देश्य

  1. इकाई की मुख्य परिभाषाओं और प्रमेयों को उनके तार्किक क्रम में प्रस्तुत करना, यह बताते हुए कि प्रत्येक किन पूर्ववर्ती परिणामों पर निर्भर है और एप्सिलॉन और डेल्टा वाली कौन-सी युक्तियाँ बार-बार प्रयुक्त होती हैं।
  2. इकाई जो बिना प्रमाण के स्वीकार करती है और जो सिद्ध करती है, उनमें भेद करना, और प्रत्येक परिणाम की परिकल्पनाओं को पहचानना, जैसे संघटन की सीमा की परिकल्पना या तुल्यों के प्रतिस्थापन की परिकल्पना।
  3. इकाई के परिणामों को बीजगणित और ज्यामिति I और II से तथा अवकलजों और उनके अनुप्रयोगों के अध्ययन से जोड़ना।
  4. ऐसी अपरिचित समस्याएँ हल करना जो सीमाओं के बीजगणित, एकपक्षीय सीमाओं, अनंत पर सीमाओं और अनंत सीमाओं, अनंतस्पर्शियों, सांतत्य, महत्वपूर्ण सीमाओं और तुल्य अनंतसूक्ष्मों को जोड़ती हैं।

इकाई ने क्या प्राप्त किया

इकाई एक प्रश्न और एक माँग से शुरू हुई। प्रश्न: किसी फलन के मानों का किसी संख्या के निकट आना, जब चर किसी बिंदु के निकट आता है, क्या अर्थ रखता है। माँग: कि समाधान केवल गणना ही नहीं, प्रमाण भी संभव बनाए, और एप्सिलॉन और डेल्टा वाली हर युक्ति एक बार की जाए और फिर पुनः प्रयुक्त हो। समाधान एक ही परिभाषा थी, जो एक वास्तविक चर के फलनों की सीमा वाले पाठ में दी गई: यदि aa, प्रांत AA वाले फलन ff का संचय बिंदु है, तो यह कहना कि ff की सीमा, aa पर, LL है, निम्नलिखित का अर्थ रखता है।

(∀ε>0)(∃δ>0)(∀x∈A)(0<∣x−a∣<δ→∣f(x)−L∣<ε)(\forall \varepsilon > 0)(\exists \delta > 0)(\forall x \in A)\left(0 < \abs{x - a} < \delta \rightarrow \abs{f(x) - L} < \varepsilon\right)

शेष सब कुछ इससे अपचयन द्वारा निकाला गया: गणना के नियम एक असमिका तक, एकपक्षीय सीमाएँ प्रतिबंधों की सीमाओं तक, अनंत पर सीमाएँ शून्य पर एकपक्षीय सीमाओं तक, अनंत सीमाएँ व्युत्क्रमों की शून्य सीमाओं तक, और सांतत्य उस सीमा तक जो मान के बराबर है।

सीमा की परिभाषा और उसका बीजगणित

पहले पाठ ने परिभाषा को चुनौती और प्रत्युत्तर के खेल के रूप में पढ़ा, उसे परिमाणित कथन के रूप में लिखा, और उसका निषेध परिमाणक-दर-परिमाणक निकाला। इस माँग से कि aa प्रांत का संचय बिंदु हो, उसने सीमा की अद्वितीयता सिद्ध की; और पहले से चुनी गई चुनौतियों से सिद्ध किया कि सीमा केवल बिंदु के निकट के मानों पर निर्भर करती है, कि वह फलन को उसके निकट परिबद्ध रहने के लिए बाध्य करती है, और कि यदि वह शून्य न हो तो फलन पर अपना चिह्न थोपती है। सीमाओं के बीजगणित वाले पाठ ने प्रमाणों को पुनः प्रयोग के लिए व्यवस्थित किया: तीन प्रमेयिकाएँ, एप्सिलॉन और डेल्टा वाला एक प्रमेय, यह स्थापित करती हैं कि हर फलन FF जो aa के निकट ∣F(x)−K∣≤C(∣f(x)−L∣+∣g(x)−M∣)\abs{F(x) - K} \leq C\left(\abs{f(x) - L} + \abs{g(x) - M}\right) रूप का परिबंध संतुष्ट करता है, KK की ओर जाता है, और हर नियम को ऐसा परिबंध ढूँढने तक घटाया गया: रैखिक संयोजन का नियम त्रिभुज असमिका से आता है, गुणनफल का नियम स्थानीय परिबद्धता से, और व्युत्क्रम का नियम चिह्न संरक्षण से, एक ऐसी प्रमेयिका के साथ जो सुनिश्चित करती है कि प्रांत को सीमित करने से सीमा नहीं खोती। इससे बहुपदों और परिमेय फलनों में सीधा प्रतिस्थापन, मूलों और परिमेय घातांक वाली घातों की सीमाएँ, और संघटन प्रमेय निकले, जो चर परिवर्तन को एक ऐसी परिकल्पना के साथ उचित ठहराता है जिसकी आवश्यकता एक प्रति-उदाहरण दिखाता है: कि आंतरिक फलन बिंदु के निकट अपनी सीमा का मान न ले। सैंडविच प्रमेय वाले पाठ ने सिद्ध किया कि सीमाएँ गैर-सख्त असमिकाओं को संरक्षित करती हैं, कि एक ही संख्या की ओर जाने वाले दो फलनों के बीच दबा फलन भी उसी की ओर जाता है, और कि एक परिबद्ध फलन और शून्य की ओर जाने वाले फलन का गुणनफल शून्य की ओर जाता है; और परिबंध ∣sin⁡x−sin⁡a∣≤∣x−a∣\abs{\sin x - \sin a} \leq \abs{x - a} तथा ज्या, चाप और स्पर्शज्या की असमिका से उसने आधारभूत सीमा sin⁡xx→1\frac{\sin x}{x} \to 1 और उसके परिणाम प्राप्त किए।

पक्ष, अनंत और अनंतस्पर्शी

एकपक्षीय सीमाओं वाले पाठ ने इन्हें बिंदु के एक पक्ष पर फलन के प्रतिबंध की सीमाओं के रूप में परिभाषित किया। इस निर्णय ने शेष सारा काम बचा लिया: पहले के प्रमेय बिना नए प्रमाण के उन पर लागू होते हैं, और सीमा तब और केवल तब विद्यमान है जब दोनों एकपक्षीय सीमाएँ विद्यमान हों और बराबर हों। उसी पाठ ने पहली बार, मान की गणना किए बिना, सिद्ध किया कि कोई सीमा विद्यमान है: किसी अंतराल पर वर्धमान और ऊपर से परिबद्ध फलन, उसके दाएँ सिरे पर, अपने मानों के सुप्रीमम की ओर जाता है, जिसकी गारंटी पूर्णता देती है। चर के अनंत की ओर जाने पर सीमाओं वाले पाठ ने, प्रतिलोमन प्रमेयिका से, प्रत्येक को शून्य पर एकपक्षीय सीमा तक घटाया, और इस प्रकार मूलबिंदु से दूर परिमेय फलनों का व्यवहार प्राप्त किया। अनंत सीमाओं वाले पाठ ने इस निर्माण को उस स्थिति से पूरा किया जिसमें मान बिना परिबंध बढ़ते हैं: व्युत्क्रम प्रमेयिका इन्हें शून्य सीमाओं में बदल देती है, इस प्रकार कि “∞+c=∞\infty + c = \infty” या “c⋅∞=∞c \cdot \infty = \infty” में संक्षेपित नियम परिकल्पनाओं वाले प्रमेय हैं, और चार अनिर्धारित रूप चेतावनियाँ हैं, परिणाम नहीं। अंत में अनंतस्पर्शियों वाले पाठ ने अनंतस्पर्शियों को सीमाओं द्वारा परिभाषित किया, गैर-ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शी की ढाल और मूलबिंदु पर कोटि को दो सीमाओं के रूप में पाया, जिससे हर सिरे पर अधिक से अधिक एक ही होती है, परिमेय फलनों की ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शियाँ सिद्ध कीं, और अवकलजों के बिना आलेख के रेखाचित्र को व्यवस्थित किया; उसने यह भी दिखाया कि वक्र अपनी अनंतस्पर्शी को काट सकता है।

सांतत्य और फलनों की तुलना

सीमा और सांतत्य वाले पाठ ने प्रांत के किसी बिंदु पर सांतत्य को परिभाषित किया, सिद्ध किया कि संचय बिंदु पर यह इसके तुल्य है कि सीमा मान के बराबर हो, और असांतत्यों को हटाने योग्य, कूद और अनिवार्य में वर्गीकृत किया। सीमाओं के बीजगणित के नियमों ने संक्रियाओं का सांतत्य दिया, और यह सामने आया कि संतत फलनों का संघटन संतत है, उस परिकल्पना के बिना जो संघटन की सीमा का प्रमेय माँगता था; इससे निकलता है कि सीमा संतत फलन के भीतर प्रवेश करती है। प्रारंभिक फलनों के सांतत्य वाले पाठ ने एक ही युक्ति से, उन एकदिष्ट फलनों की युक्ति से जिनकी छवि एक अंतराल है, चरघातांकी फलन, लघुगणक, वास्तविक घातांक वाली घातों और प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलनों का सांतत्य सिद्ध किया; इससे और असमिका ex≥1+xe^x \geq 1 + x से उसने महत्वपूर्ण सीमाएँ, सीमा के रूप में संख्या ee, और 1∞1^\infty रूप प्राप्त किया, और अनंत पर चरघातांकी फलन, घातों और लघुगणक की तुलना की। तुल्य अनंतसूक्ष्मों और अनंतबृहतों वाले पाठ ने उन सभी सीमाओं को फलनों के बीच तुलनाओं के रूप में पढ़ा: उसने छोटा o⁡\operatorname{o}, बड़ा O⁡\operatorname{O} और तुल्यता परिभाषित की, सिद्ध किया कि गुणनफल या भागफल के हर गुणक को उसके तुल्य से बदला जा सकता है, और पहले की सीमाओं को शून्य पर तुल्यों की एक सारणी में एकत्र किया।

क्या स्वीकार किया जाता है, क्या सिद्ध किया जाता है और क्या शेष रहता है

इकाई का निचोड़ इस प्रकार संक्षेपित किया जा सकता है:

  • एक अभिगृहीत स्वीकार किया जाता है: क्षेत्र और क्रम के अभिगृहीतों के साथ पूर्णता अभिगृहीत, जिसके अनुसार वास्तविक संख्याओं के हर अरिक्त, ऊपर से परिबद्ध समुच्चय का सुप्रीमम होता है। इसके अतिरिक्त बीजगणित और ज्यामिति में सिद्ध परिणाम प्रयुक्त होते हैं: ज्या, चाप और स्पर्शज्या की असमिका, योग से गुणनफल में रूपांतरण के सूत्र, असमिका ex≥1+xe^x \geq 1 + x, चरघातांकी फलन की एकदिष्टता और गुणक प्रमेय।
  • ऐसे तथ्य सिद्ध किए जाते हैं जिन्हें बीजगणित और ज्यामिति ने बिना प्रमाण के स्वीकार किया था: परिमेय फलनों की ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शियाँ और अनंत पर अनंतस्पर्शियाँ, तथा परिमेय, त्रिकोणमितीय और प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलनों का सांतत्य।
  • युक्तियाँ दोहराने के बजाय पाँच उपकरण पुनः प्रयुक्त होते हैं: तीन परिबंध प्रमेयिकाएँ, चिह्न संरक्षण, प्रांत का प्रतिबंध (विशेष रूप से बिंदु के एक पक्ष पर), प्रतिलोमन और व्युत्क्रम।
  • जिसके लिए सीमाओं से अधिक चाहिए, वह स्थगित रहता है: मध्यवर्ती मान प्रमेय और अवकलज, आगे की इकाई में; वाइरस्ट्रास प्रमेय और लोपिताल नियम, तीसरी इकाई में; और टेलर बहुपद, कलन II में।

निम्नलिखित आरेख तीनों खंडों को एक ही शृंखला में जोड़ता है। स्तंभ की हर गाँठ एक परिभाषा या प्रमेय है, तार्किक क्रम में क्रमांकित, और एक चाप द्वारा उन पूर्ववर्ती कड़ियों से जुड़ी है जिनका उसका प्रमाण प्रयोग करता है; उसके चारों ओर आधार तैरते हैं, अर्थात् वे सिद्धांत और उपकरण जिन पर शृंखला बार-बार लौटती है, और प्रत्येक एक ठोस रेखा द्वारा उन कड़ियों से जुड़ा है जो उस पर टिकी हैं और एक बिंदुदार रेखा द्वारा उस कड़ी से जहाँ वह स्थापित होता है, सिवाय उनके जो बीजगणित और ज्यामिति से आते हैं, जिन्हें वलयों के रूप में खींचा गया है। किसी आधार पर क्लिक करने से वे सभी कड़ियाँ उभर आती हैं जो उसका प्रयोग करती हैं, और हर कड़ी उस पाठ की ओर ले जाती है जहाँ वह सिद्ध की गई है।

शृंखला के आधार

  • Aवास्तविक संख्याओं के अभिगृहीत. बीजगणित और ज्यामिति I से यह स्वीकार किया जाता है कि वास्तविक संख्याएँ एक पूर्ण क्रमित क्षेत्र बनाती हैं: योग और गुणन क्षेत्र के अभिगृहीतों को संतुष्ट करते हैं, क्रम त्रिविभाजन को संतुष्ट करता है और संक्रियाओं के अनुकूल है, और वास्तविक संख्याओं के हर अरिक्त, ऊपर से परिबद्ध समुच्चय का सुप्रीमम होता है। इस इकाई में बिना प्रमाण के स्वीकार किया गया।
  • Bबीजगणित और ज्यामिति की विरासत. बीजगणित और ज्यामिति I और II में सिद्ध परिणाम: un−vnu^n - v^n का अपघटन और परिमेय घातांक वाली घात, ∣sin⁡x∣≤∣x∣\abs{\sin x} \leq \abs{x} और sin⁡x<x<tan⁡x\sin x < x < \tan x यदि 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2}, योग से गुणनफल में रूपांतरण और घात-न्यूनीकरण के सूत्र, असमिका ex≥1+xe^x \geq 1 + x, चरघातांकी फलन की एकदिष्टता और परिसर, प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलन, गुणक प्रमेय और चिह्न-सारणियाँ। इस इकाई में बिना प्रमाण के स्वीकार किया गया।
  • Cपरिबंध कसौटी. यदि aa के निकट ∣F(x)−K∣≤C(∣f(x)−L∣+∣g(x)−M∣)\abs{F(x) - K} \leq C\left(\abs{f(x) - L} + \abs{g(x) - M}\right) हो, जहाँ C>0C > 0, f→Lf \to L और g→Mg \to M, तो F→KF \to K; हर नियम ऐसा परिबंध ढूँढने तक घटता है। स्थापित होता है: 4. तीन प्रमेयिकाएँ.
  • Dस्थानीय परिबद्धता और चिह्न. यदि ff की सीमा LL है, बिंदु aa पर, तो aa के निकट ∣f(x)∣<∣L∣+1\abs{f(x)} < \abs{L} + 1 होता है; और यदि L≠0L \neq 0, तो aa के निकट फलन का चिह्न LL का चिह्न है और ∣f(x)∣>∣L∣2\abs{f(x)} > \frac{\abs{L}}{2}। स्थापित होता है: 3. स्थानीय गुण.
  • Eचर परिवर्तन. यदि g(x)→bg(x) \to b, f(t)→Lf(t) \to L जब t→bt \to b, और g(x)≠bg(x) \neq b (बिंदु aa के निकट), तो f(g(x))→Lf(g(x)) \to L। स्थापित होता है: 8. संघटन की सीमा.
  • Fप्रतिबंध. यदि ff की सीमा LL है, बिंदु aa पर, और aa प्रांत के किसी उपसमुच्चय BB का संचय बिंदु है, तो ff का BB पर प्रतिबंध भी LL की ओर जाता है; एकपक्षीय सीमा एक प्रतिबंध की सीमा है, इसलिए सीमाओं के सभी प्रमेय एकपक्षीय सीमाओं पर लागू होते हैं। स्थापित होता है: 5. प्रतिबंध की सीमा.
  • Gप्रतिलोमन. ff की सीमा, ∞\infty पर, f(1t)f\left(\frac{1}{t}\right) की सीमा है जब tt दाईं ओर से 00 की ओर जाता है, और −∞-\infty पर उसकी सीमा बाईं ओर से सीमा है; इसलिए अनंत पर सीमाओं के लिए सभी प्रमेय लागू होते हैं। स्थापित होता है: 15. प्रतिलोमन प्रमेयिका.
  • Hव्युत्क्रम. फलन ∞\infty की ओर जाता है यदि और केवल यदि वह गंतव्य के निकट धनात्मक है और उसका व्युत्क्रम 00 की ओर जाता है; इसलिए परिमित सीमाओं के नियम अनंत सीमाओं का निर्णय करते हैं। स्थापित होता है: 17. व्युत्क्रम प्रमेयिका.
  1. खंड 1 सीमा की परिभाषा और उसका बीजगणित

    • संचय बिंदु पर सीमा को एप्सिलॉन और डेल्टा द्वारा परिभाषित करना, उसे और उसके निषेध को परिमाणित कथन के रूप में लिखना, और उसकी अद्वितीयता तथा स्थानीय गुण सिद्ध करना।
    • सीमाओं के बीजगणित के हर नियम को तीन प्रमेयिकाओं द्वारा एक परिबंध तक घटाना, और परिमेय फलनों, मूलों और घातों की सीमाएँ प्राप्त करना।
    • संघटन प्रमेय द्वारा चर परिवर्तन करना, उसकी परिकल्पना को पहचानते हुए।
    • सैंडविच प्रमेय सिद्ध करना, और उससे आधारभूत त्रिकोणमितीय सीमा और उसके परिणाम प्राप्त करना।
    1. सीमा की परिभाषा. यदि aa, प्रांत AA वाले फलन ff का संचय बिंदु है, तो ff की सीमा, aa पर, LL है जब (∀ε>0)(∃δ>0)(∀x∈A)(0<∣x−a∣<δ→∣f(x)−L∣<ε)(\forall \varepsilon > 0)(\exists \delta > 0)(\forall x \in A)\left(0 < \abs{x - a} < \delta \rightarrow \abs{f(x) - L} < \varepsilon\right); और नहीं है जब (∃ε>0)(∀δ>0)(∃x∈A)(0<∣x−a∣<δ∧∣f(x)−L∣≥ε)(\exists \varepsilon > 0)(\forall \delta > 0)(\exists x \in A)\left(0 < \abs{x - a} < \delta \wedge \abs{f(x) - L} \geq \varepsilon\right)।

      सिद्ध किया गया: एक वास्तविक चर के फलनों की सीमा.

    2. सीमा की अद्वितीयता. यदि aa, ff के प्रांत का संचय बिंदु है, और lim⁡x→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L तथा lim⁡x→af(x)=L′\lim_{x \to a} f(x) = L', तो L=L′L = L'।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. आधार: A (वास्तविक संख्याओं के अभिगृहीत). सिद्ध किया गया: एक वास्तविक चर के फलनों की सीमा.

    3. स्थानीय गुण. aa पर सीमा केवल aa केंद्र वाले किसी छिद्रित सामीप्य में फलन के मानों पर निर्भर करती है; यदि lim⁡x→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L, तो aa के निकट ∣f(x)∣<∣L∣+1\abs{f(x)} < \abs{L} + 1, और यदि इसके अतिरिक्त L≠0L \neq 0, तो f(x)f(x) का चिह्न LL का चिह्न है और ∣f(x)∣>∣L∣2\abs{f(x)} > \frac{\abs{L}}{2}।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. आधार: A (वास्तविक संख्याओं के अभिगृहीत). सिद्ध किया गया: एक वास्तविक चर के फलनों की सीमा.

    4. तीन प्रमेयिकाएँ. ff की सीमा, aa पर, LL है यदि और केवल यदि ∣f(x)−L∣\abs{f(x) - L} की सीमा 00 है; यदि ∣f(x)−L∣≤C∣h(x)∣\abs{f(x) - L} \leq C\abs{h(x)} हो, aa के निकट, साथ में C>0C > 0 और lim⁡x→ah(x)=0\lim_{x \to a} h(x) = 0, तो lim⁡x→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L; और शून्य की ओर जाने वाली दो दूरियों का योग शून्य की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. सिद्ध किया गया: सीमाओं का बीजगणित.

    5. प्रतिबंध की सीमा. यदि BB प्रांत AA का उपसमुच्चय है, जो फलन ff का प्रांत है, aa, BB का संचय बिंदु है, और lim⁡x→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L, तो ff का BB पर प्रतिबंध भी LL की ओर जाता है, बिंदु aa पर: जो प्रत्युत्तर AA में काम करता है, वही BB में काम करता है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. सिद्ध किया गया: सीमाओं का बीजगणित.

    6. सीमाओं का बीजगणित. यदि lim⁡x→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L और lim⁡x→ag(x)=M\lim_{x \to a} g(x) = M, तो αf+βg\alpha f + \beta g, αL+βM\alpha L + \beta M की ओर जाता है और fgfg, LMLM की ओर; यदि M≠0M \neq 0, तो 1g\frac{1}{g}, 1M\frac{1}{M} की ओर जाता है और fg\frac{f}{g}, LM\frac{L}{M} की ओर।

      उपयोग करती है: 3. स्थानीय गुण, 4. तीन प्रमेयिकाएँ. आधार: C (परिबंध कसौटी), D (स्थानीय परिबद्धता और चिह्न), F (प्रतिबंध). सिद्ध किया गया: सीमाओं का बीजगणित.

    7. बहुपद, मूल और घातें. बहुपद की, और उस परिमेय फलन की जिसका हर aa पर शून्य नहीं होता, aa पर सीमा उसका मान है; f(x)n\sqrt[n]{f(x)}, Ln\sqrt[n]{L} की ओर जाता है, साथ में f≥0f \geq 0 यदि nn सम है; और यदि L>0L > 0, तो (f(x))pq\left(f(x)\right)^{\frac{p}{q}}, LpqL^{\frac{p}{q}} की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा, 6. सीमाओं का बीजगणित. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत), C (परिबंध कसौटी), D (स्थानीय परिबद्धता और चिह्न). सिद्ध किया गया: सीमाओं का बीजगणित.

    8. संघटन की सीमा. यदि lim⁡x→ag(x)=b\lim_{x \to a} g(x) = b और lim⁡t→bf(t)=L\lim_{t \to b} f(t) = L, तथा g(x)≠bg(x) \neq b (बिंदु aa के निकट), तो lim⁡x→af(g(x))=L\lim_{x \to a} f(g(x)) = L; परिकल्पना g(x)≠bg(x) \neq b के बिना निष्कर्ष विफल हो सकता है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. सिद्ध किया गया: सीमाओं का बीजगणित.

    9. असमिकाओं का संरक्षण. यदि f(x)≤g(x)f(x) \leq g(x) (बिंदु aa के निकट), lim⁡x→af(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L और lim⁡x→ag(x)=M\lim_{x \to a} g(x) = M, तो L≤ML \leq M; सख्त असमिका संरक्षित नहीं होती।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित. आधार: D (स्थानीय परिबद्धता और चिह्न). सिद्ध किया गया: सैंडविच प्रमेय और त्रिकोणमितीय सीमाएँ.

    10. सैंडविच प्रमेय. यदि h(x)≤f(x)≤g(x)h(x) \leq f(x) \leq g(x) (बिंदु aa के निकट) और hh तथा gg, LL की ओर जाते हैं, तो ff भी LL की ओर जाता है; aa के निकट परिबद्ध फलन और 00 की ओर जाने वाले फलन का गुणनफल 00 की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 4. तीन प्रमेयिकाएँ. आधार: C (परिबंध कसौटी). सिद्ध किया गया: सैंडविच प्रमेय और त्रिकोणमितीय सीमाएँ.

    11. ज्या और कोज्या. किन्हीं दो वास्तविक संख्याओं xx और aa के लिए ∣sin⁡x−sin⁡a∣≤∣x−a∣\abs{\sin x - \sin a} \leq \abs{x - a} और ∣cos⁡x−cos⁡a∣≤∣x−a∣\abs{\cos x - \cos a} \leq \abs{x - a}; अतः lim⁡x→asin⁡x=sin⁡a\lim_{x \to a} \sin x = \sin a और lim⁡x→acos⁡x=cos⁡a\lim_{x \to a} \cos x = \cos a।

      उपयोग करती है: 4. तीन प्रमेयिकाएँ. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत), C (परिबंध कसौटी). सिद्ध किया गया: सैंडविच प्रमेय और त्रिकोणमितीय सीमाएँ.

    12. आधारभूत सीमा. lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1; जब xx, 00 की ओर जाता है, तब tan⁡xx\frac{\tan x}{x}, 11 की ओर, sin⁡kxx\frac{\sin kx}{x}, kk की ओर और 1−cos⁡xx2\frac{1 - \cos x}{x^2}, 12\frac{1}{2} की ओर जाते हैं।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित, 10. सैंडविच प्रमेय, 11. ज्या और कोज्या. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत), E (चर परिवर्तन). सिद्ध किया गया: सैंडविच प्रमेय और त्रिकोणमितीय सीमाएँ.

  2. खंड 2 पक्ष, अनंत और अनंतस्पर्शी

    • एकपक्षीय सीमाओं को प्रतिबंधों की सीमाओं के रूप में परिभाषित करना, ताकि वे सभी प्रमेय विरासत में पाएँ, और सीमा को उसके दोनों पक्षों द्वारा अभिलक्षित करना।
    • पूर्णता से परिबद्ध एकदिष्ट फलन की सीमा को सुप्रीमम के रूप में प्राप्त करना।
    • अनंत पर सीमाओं को शून्य पर एकपक्षीय सीमाओं तक, और अनंत सीमाओं को शून्य सीमाओं तक घटाना, उनके नियमों और अनिर्धारित रूपों के साथ।
    • किसी फलन की अनंतस्पर्शियों की गणना दो सीमाओं से करना, परिमेय फलनों की ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शियाँ सिद्ध करना, और अवकलजों के बिना आलेखों का रेखाचित्र बनाना।
    1. एकपक्षीय सीमाएँ. ff की दाईं ओर से सीमा, बिंदु aa पर, aa पर उसके उस प्रतिबंध की सीमा है जो प्रांत के aa से बड़े बिंदुओं पर है, और बाईं ओर से सीमा छोटे बिंदुओं पर; यदि aa दोनों ओर से संचय बिंदु है, तो ff की सीमा LL है, बिंदु aa पर, यदि और केवल यदि दोनों एकपक्षीय सीमाएँ विद्यमान हैं और प्रत्येक LL के बराबर है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा, 5. प्रतिबंध की सीमा, 2. सीमा की अद्वितीयता. सिद्ध किया गया: एकपक्षीय सीमाएँ.

    2. एकदिष्ट फलन. यदि ff, (c,b)\ioo{c}{b} पर वर्धमान और ऊपर से परिबद्ध है, तो lim⁡x→b−f(x)=sup⁡{f(x):c<x<b}\lim_{x \to b^-} f(x) = \sup\left\{ f(x) : c < x < b \right\}; यदि वह वर्धमान और नीचे से परिबद्ध है, तो cc पर उसकी दाईं ओर से सीमा उसके मानों का इन्फिमम है।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित, 13. एकपक्षीय सीमाएँ. आधार: A (वास्तविक संख्याओं के अभिगृहीत), E (चर परिवर्तन), F (प्रतिबंध). सिद्ध किया गया: एकपक्षीय सीमाएँ.

    3. प्रतिलोमन प्रमेयिका. ff की सीमा, ∞\infty पर, LL है यदि हर ε>0\varepsilon > 0 के लिए ऐसा MM विद्यमान है कि ∣f(x)−L∣<ε\abs{f(x) - L} < \varepsilon जब भी x>Mx > M; lim⁡x→∞f(x)=L⇔lim⁡t→0+f(1t)=L\lim_{x \to \infty} f(x) = L \Leftrightarrow \lim_{t \to 0^+} f\left(\frac{1}{t}\right) = L होता है, और इसी प्रकार −∞-\infty पर बाईं ओर से सीमा के साथ।

      उपयोग करती है: 13. एकपक्षीय सीमाएँ. सिद्ध किया गया: चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर सीमाएँ.

    4. अनंत पर परिमेय फलन. हर परिमेय संख्या r>0r > 0 के लिए 1xr\frac{1}{x^r} की सीमा 00 है, ∞\infty पर; घात nn और mm वाले दो बहुपदों का भागफल, ±∞\pm\infty पर, 00 की ओर जाता है यदि n<mn < m, अग्रग गुणांकों के भागफल की ओर यदि n=mn = m, और उसकी कोई परिमित सीमा नहीं है यदि n>mn > m।

      उपयोग करती है: 2. सीमा की अद्वितीयता, 6. सीमाओं का बीजगणित, 7. बहुपद, मूल और घातें. आधार: D (स्थानीय परिबद्धता और चिह्न), F (प्रतिबंध), G (प्रतिलोमन). सिद्ध किया गया: चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर सीमाएँ.

    5. व्युत्क्रम प्रमेयिका. ff, ∞\infty की ओर जाता है, गंतव्य PP पर, जो एक बिंदु, किसी बिंदु का एक पक्ष या ±∞\pm\infty है, यदि हर वास्तविक संख्या NN के लिए f(x)>Nf(x) > N हो, PP के निकट; यह तब और केवल तब होता है जब ff, PP के निकट धनात्मक हो और 1f\frac{1}{f}, 00 की ओर जाए; और ff, −∞-\infty की ओर जाता है यदि और केवल यदि −f-f, ∞\infty की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. सिद्ध किया गया: अनंत सीमाएँ.

    6. अनंत सीमाओं के नियम. यदि f≤gf \leq g (बिंदु PP के निकट) और ff, ∞\infty की ओर जाता है, तो gg भी; यदि ff, ∞\infty की ओर जाता है, तो f+gf + g भी, यदि gg नीचे से परिबद्ध है, और fgfg, यदि gg किसी धनात्मक संख्या या ∞\infty की ओर जाता है; जिस भागफल का अंश किसी धनात्मक संख्या की ओर और हर धनात्मक मानों से 00 की ओर जाता है, वह ∞\infty की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित. आधार: D (स्थानीय परिबद्धता और चिह्न), F (प्रतिबंध), G (प्रतिलोमन), H (व्युत्क्रम). सिद्ध किया गया: अनंत सीमाएँ.

    7. अपरिबद्ध एकदिष्ट फलन. यदि ff, (c,b)\ioo{c}{b} पर वर्धमान है, जहाँ bb एक वास्तविक संख्या या b=∞b = \infty है, और ऊपर से अपरिबद्ध है, तो ff, ∞\infty की ओर जाता है, bb पर बाईं ओर से, या ∞\infty पर यदि b=∞b = \infty।

      उपयोग करती है: 17. व्युत्क्रम प्रमेयिका. सिद्ध किया गया: अनंत सीमाएँ.

    8. अनंत सीमा के साथ संघटन. यदि gg, ∞\infty की ओर जाता है, PP पर, और f(u)f(u), LL की ओर जाता है जब uu, ∞\infty की ओर जाता है, तो f(g(x))f(g(x)), LL की ओर जाता है, PP पर, gg के मानों पर किसी परिकल्पना के बिना; यही होता है यदि f(u)f(u), ∞\infty या −∞-\infty की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 15. प्रतिलोमन प्रमेयिका, 17. व्युत्क्रम प्रमेयिका. सिद्ध किया गया: अनंत सीमाएँ.

    9. अनंतस्पर्शी की गणना. रेखा y=mx+by = mx + b, ff के आलेख की अनंतस्पर्शी है, ∞\infty पर, अर्थात् f(x)−(mx+b)f(x) - (mx + b), 00 की ओर जाता है, यदि और केवल यदि m=lim⁡x→∞f(x)xm = \lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{x} और b=lim⁡x→∞(f(x)−mx)b = \lim_{x \to \infty} \left(f(x) - mx\right); अतः हर सिरे पर अधिक से अधिक एक गैर-ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शी होती है।

      उपयोग करती है: 2. सीमा की अद्वितीयता, 6. सीमाओं का बीजगणित, 16. अनंत पर परिमेय फलन. आधार: G (प्रतिलोमन). सिद्ध किया गया: अनंतस्पर्शी रेखाएँ और आलेखीय निरूपण की तकनीकें.

    10. ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शियाँ. यदि rr बहुपद BB का मूल है और A(r)≠0A(r) \neq 0, तो रेखा x=rx = r, AB\frac{A}{B} के आलेख की ऊर्ध्वाधर अनंतस्पर्शी है, और rr के प्रत्येक ओर फलन ∞\infty या −∞-\infty की ओर जाता है, उस चिह्न के अनुसार जो चिह्न-सारणी आसन्न अंतराल में देती है।

      उपयोग करती है: 7. बहुपद, मूल और घातें, 18. अनंत सीमाओं के नियम. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत), D (स्थानीय परिबद्धता और चिह्न), F (प्रतिबंध). सिद्ध किया गया: अनंतस्पर्शी रेखाएँ और आलेखीय निरूपण की तकनीकें.

  3. खंड 3 सांतत्य और फलनों की तुलना

    • सांतत्य को परिभाषित करना, उसे सीमा से जोड़ना, और असांतत्यों को हटाने योग्य, कूद और अनिवार्य में वर्गीकृत करना।
    • सिद्ध करना कि संक्रियाएँ और संघटन सांतत्य को संरक्षित करते हैं, और कि सीमा संतत फलन के भीतर प्रवेश करती है।
    • एकदिष्ट फलनों की युक्ति से प्रारंभिक फलनों का सांतत्य सिद्ध करना, और उससे महत्वपूर्ण सीमाएँ और 1∞1^\infty रूप प्राप्त करना।
    • छोटे o⁡\operatorname{o} और तुल्यता से फलनों की तुलना करना, और तुल्यों को गुणनफलों और भागफलों में बदलना, योगों में नहीं।
    1. सांतत्य और सीमा. ff, बिंदु aa पर संतत है, जो उसके प्रांत AA का बिंदु है, यदि (∀ε>0)(∃δ>0)(∀x∈A)(∣x−a∣<δ→∣f(x)−f(a)∣<ε)(\forall \varepsilon > 0)(\exists \delta > 0)(\forall x \in A)\left(\abs{x - a} < \delta \rightarrow \abs{f(x) - f(a)} < \varepsilon\right); यदि aa, AA का संचय बिंदु है, तो यह lim⁡x→af(x)=f(a)\lim_{x \to a} f(x) = f(a) के तुल्य है, और यदि वह विलगित बिंदु है, तो यह सदा होता है।

      उपयोग करती है: 1. सीमा की परिभाषा. सिद्ध किया गया: सीमा और सांतत्य.

    2. संतत फलनों पर संक्रियाएँ. aa पर संतत फलनों के रैखिक संयोजन, गुणनफल, अशून्य हर वाले भागफल और मूल aa पर संतत हैं; अतः बहुपद, परिमेय फलन, मूल, निरपेक्ष मान, ज्या, कोज्या और स्पर्शज्या अपने प्रांत पर संतत हैं।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित, 7. बहुपद, मूल और घातें, 11. ज्या और कोज्या, 23. सांतत्य और सीमा. आधार: C (परिबंध कसौटी). सिद्ध किया गया: सीमा और सांतत्य.

    3. संतत फलनों का संघटन. यदि gg, aa पर संतत है और ff, g(a)g(a) पर संतत है, तो f∘gf \circ g, aa पर संतत है; यदि g(x)g(x), bb की ओर जाता है और ff, bb पर संतत है, तो lim⁡x→af(g(x))=f(b)\lim_{x \to a} f(g(x)) = f(b), और इसी प्रकार एकपक्षीय रूप से या ±∞\pm\infty पर।

      उपयोग करती है: 3. स्थानीय गुण, 23. सांतत्य और सीमा. आधार: F (प्रतिबंध), G (प्रतिलोमन). सिद्ध किया गया: सीमा और सांतत्य.

    4. संतत प्रारंभिक फलन. किसी अंतराल पर परिभाषित और एकदिष्ट फलन, जिसकी छवि एक अंतराल है, संतत है, और ऐसे गुणों वाले सख्ती से एकदिष्ट फलन का प्रतिलोम भी; इसलिए चरघातांकी फलन, लघुगणक, वास्तविक घातांक वाली घातें, प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलन और अतिपरवलयिक फलन अपने प्रांत पर संतत हैं।

      उपयोग करती है: 13. एकपक्षीय सीमाएँ, 14. एकदिष्ट फलन, 23. सांतत्य और सीमा, 24. संतत फलनों पर संक्रियाएँ, 25. संतत फलनों का संघटन. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत). सिद्ध किया गया: प्रारंभिक फलनों का सांतत्य और महत्वपूर्ण सीमाएँ.

    5. महत्वपूर्ण सीमाएँ. जब xx, 00 की ओर जाता है, तब ex−1x\frac{e^x - 1}{x} और ln⁡(1+x)x\frac{\ln(1 + x)}{x}, 11 की ओर, ax−1x\frac{a^x - 1}{x}, ln⁡a\ln a की ओर और (1+x)r−1x\frac{\left(1 + x\right)^r - 1}{x}, rr की ओर जाते हैं; इसके अतिरिक्त (1+x)1x\left(1 + x\right)^{\frac{1}{x}}, ee की ओर जाता है, 00 पर, और (1+1x)x\left(1 + \frac{1}{x}\right)^x, ±∞\pm\infty पर।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित, 10. सैंडविच प्रमेय, 13. एकपक्षीय सीमाएँ, 26. संतत प्रारंभिक फलन, 25. संतत फलनों का संघटन. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत), E (चर परिवर्तन), G (प्रतिलोमन). सिद्ध किया गया: प्रारंभिक फलनों का सांतत्य और महत्वपूर्ण सीमाएँ.

    6. एक घात अनंत रूप. यदि f>0f > 0 (बिंदु PP के निकट), f(x)f(x), 11 की ओर जाता है और g(x)(f(x)−1)g(x)\left(f(x) - 1\right) किसी वास्तविक संख्या λ\lambda की ओर, तो (f(x))g(x)\left(f(x)\right)^{g(x)}, eλe^{\lambda} की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित, 26. संतत प्रारंभिक फलन, 25. संतत फलनों का संघटन, 27. महत्वपूर्ण सीमाएँ. सिद्ध किया गया: प्रारंभिक फलनों का सांतत्य और महत्वपूर्ण सीमाएँ.

    7. चरघातांकी फलन, घातें और लघुगणक. यदि r>0r > 0 और a>1a > 1, तो xrax\frac{x^r}{a^x} और ln⁡xxr\frac{\ln x}{x^r}, 00 की ओर जाते हैं, ∞\infty पर, और xrln⁡xx^r \ln x, 00 की ओर जाता है जब xx दाईं ओर से 00 की ओर जाता है।

      उपयोग करती है: 10. सैंडविच प्रमेय, 16. अनंत पर परिमेय फलन, 19. अपरिबद्ध एकदिष्ट फलन, 20. अनंत सीमा के साथ संघटन. आधार: B (बीजगणित और ज्यामिति की विरासत), G (प्रतिलोमन). सिद्ध किया गया: प्रारंभिक फलनों का सांतत्य और महत्वपूर्ण सीमाएँ.

    8. फलनों की तुलना. f=o⁡(g)f = \operatorname{o}(g) होता है, PP पर, यदि fg\frac{f}{g}, 00 की ओर जाता है, और f∼gf \sim g यदि वह 11 की ओर जाता है; तुल्यता स्वतुल्य, सममित और संक्रामक है, और f∼gf \sim g यदि और केवल यदि f−g=o⁡(g)f - g = \operatorname{o}(g)।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित. सिद्ध किया गया: तुल्य अनंतसूक्ष्म और अनंतबृहत् फलन.

    9. तुल्यों का प्रतिस्थापन. यदि f∼f1f \sim f_1 और g∼g1g \sim g_1, PP पर, तो fhg\frac{f h}{g} की सीमा, परिमित या अनंत, तब और केवल तब होती है जब f1hg1\frac{f_1 h}{g_1} की सीमा हो, और दोनों सीमाएँ बराबर हैं; प्रमेय गुणकों के लिए मान्य है, योग के पदों के लिए नहीं।

      उपयोग करती है: 6. सीमाओं का बीजगणित, 18. अनंत सीमाओं के नियम, 30. फलनों की तुलना. सिद्ध किया गया: तुल्य अनंतसूक्ष्म और अनंतबृहत् फलन.

    10. एक ही चिह्न वाले तुल्यों का योग. यदि f1∼g1f_1 \sim g_1 और f2∼g2f_2 \sim g_2, PP पर, और g1g_1 तथा g2g_2, PP के निकट दोनों धनात्मक या दोनों ऋणात्मक हैं, तो f1+f2∼g1+g2f_1 + f_2 \sim g_1 + g_2।

      उपयोग करती है: 4. तीन प्रमेयिकाएँ, 10. सैंडविच प्रमेय, 30. फलनों की तुलना. आधार: C (परिबंध कसौटी). सिद्ध किया गया: तुल्य अनंतसूक्ष्म और अनंतबृहत् फलन.

    11. तुल्यों की सारणी. 00 पर sin⁡x\sin x, tan⁡x\tan x, arctan⁡x\arctan x, ex−1e^x - 1 और ln⁡(1+x)\ln(1 + x), फलन xx के तुल्य हैं; साथ ही 1−cos⁡x∼x221 - \cos x \sim \frac{x^2}{2}, ax−1∼xln⁡aa^x - 1 \sim x \ln a और (1+x)r−1∼rx\left(1 + x\right)^r - 1 \sim r x; और हर बहुपद अपने न्यूनतम घात वाले पद के तुल्य है; ये तुल्यताएँ तब भी सत्य हैं जब 00 की ओर जाने वाला और शून्य न होने वाला कोई भी फलन xx के स्थान पर रखा जाए।

      उपयोग करती है: 7. बहुपद, मूल और घातें, 12. आधारभूत सीमा, 27. महत्वपूर्ण सीमाएँ. आधार: E (चर परिवर्तन). सिद्ध किया गया: तुल्य अनंतसूक्ष्म और अनंतबृहत् फलन.

अवकलज की ओर. शृंखला वहाँ रुकती है जहाँ सीमा अध्ययन का विषय नहीं रहती और उपकरण बन जाती है: आगे की इकाई अवकलज को वृद्धि-अनुपात की सीमा के रूप में परिभाषित करती है, उसके नियम सीमाओं के बीजगणित और संघटन से, प्रारंभिक फलनों के अवकलज महत्वपूर्ण सीमाओं से, और मध्यवर्ती मान प्रमेय चिह्न संरक्षण और पूर्णता से प्राप्त करती है।