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Topos Uranos

चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर सीमाएँ

सारांश

यह पाठ फलन के व्यवहार का अध्ययन करता है जब चर असीम रूप से बढ़ता है, और उसे सावधानी से एक दूसरी स्थिति से अलग करता है जो उसी प्रतीक से लिखी जाती है: ऐसे फलन की स्थिति जिसके मान असीम रूप से बढ़ते हैं। एप्सिलॉन और एक परिबंध MM से वह सीमा परिभाषित की जाती है जो चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर ली जाती है, और केवल एक बार सिद्ध किया जाता है कि वह 00 पर एक एकपक्षीय सीमा के तुल्य है, चर परिवर्तन t=1xt = \frac{1}{x} के द्वारा। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि पिछले पाठों की सभी प्रमेयें अनंत पर भी लागू होती हैं, बिना किसी नए प्रमाण के। उनसे घातों और परिमेय फलनों की सीमाएँ परिकलित की जाती हैं, जिससे वे क्षैतिज और तिर्यक अनंतस्पर्शी सिद्ध होते हैं जिन्हें बीजगणित और ज्यामिति ने स्वीकार किया था; सैंडविच प्रमेय और एकदिष्ट फलनों की प्रमेय लागू की जाती हैं; और यह पहचाना जाता है कि सीमा कब विद्यमान नहीं होती।

अधिगम उद्देश्य

  1. चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर सीमा को अनंत सीमा से अलग करना, और दोनों को चुनौती और प्रत्युत्तर के साझा ढाँचे से लिखना।
  2. एप्सिलॉन और एक परिबंध MM से चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर सीमा को परिभाषित करना, और 00 पर एक एकपक्षीय सीमा के साथ उसकी तुल्यता सिद्ध करना।
  3. चर के अनंत की ओर अग्रसर होने पर घातों और परिमेय फलनों की सीमाएँ सिद्ध करना, और उनसे क्षैतिज और तिर्यक अनंतस्पर्शी निगमित करना।
  4. सैंडविच प्रमेय, एकदिष्ट फलनों और चर परिवर्तनों से अनंत पर सीमाएँ परिकलित करना, और सिद्ध करना कि वे कब विद्यमान नहीं होतीं।

अनंत के दो उपयोग

“अनंत” शब्द सीमाओं के अध्ययन में दो अलग-अलग अर्थों में आता है, जिन्हें आरंभ से ही अलग रखना उचित है। पहले अर्थ में चर असीम रूप से बढ़ता है, जबकि फलन के मान किसी संख्या के निकट पहुँचते हैं। दूसरे अर्थ में फलन असीम रूप से बढ़ता है, जबकि चर किसी संख्या के निकट पहुँचता है। इसलिए नीचे दिए गए तीन कथन अलग-अलग हैं।

  • lim⁡x→∞f(x)=L\lim_{x \to \infty} f(x) = L: चर असीम रूप से बढ़ता है और ff के मान संख्या LL के निकट पहुँचते हैं। उदाहरण के लिए, 1x\frac{1}{x}, 00 के निकट पहुँचता है जब xx बढ़ता है। यह इस पाठ का विषय है।
  • lim⁡x→af(x)=∞\lim_{x \to a} f(x) = \infty: चर संख्या aa के निकट पहुँचता है और ff के मान असीम रूप से बढ़ते हैं। उदाहरण के लिए, 1x2\frac{1}{x^2} असीम रूप से बढ़ता है जब xx, 00 के निकट पहुँचता है। यह अनंत सीमाओं वाले पाठ का विषय है।
  • lim⁡x→∞f(x)=∞\lim_{x \to \infty} f(x) = \infty: दोनों असीम रूप से बढ़ते हैं, जैसे x2x^2। इसका अध्ययन भी अनंत सीमाओं वाले पाठ में किया जाता है।

प्रतीक ∞\infty वास्तविक संख्या नहीं है, और दोनों स्थितियाँ सममित नहीं हैं। पहली में सीमा विद्यमान है और एक संख्या है, LL, जिस पर अद्वितीयता, सीमाओं का बीजगणित और सभी ज्ञात प्रमेयें लागू होती हैं। दूसरी में फलन की सीमा उस अर्थ में नहीं होती जो एक वास्तविक चर के फलनों की सीमा वाले पाठ में है: लेखन =∞= \infty किसी सीमा का नाम नहीं है, बल्कि सीमा न होने का एक सटीक तरीका है। इसलिए सीमाओं के बीजगणित के नियम, जो संख्याओं पर काम करते हैं, ∞\infty पर इस तरह लागू नहीं किए जा सकते मानो वह एक संख्या हो।

फिर भी, दोनों स्थितियाँ एक ही ढाँचे में समा जाती हैं। सीमा की प्रत्येक परिभाषा कहती है: मानों के बारे में प्रत्येक चुनौती के लिए चर के बारे में एक प्रत्युत्तर विद्यमान है। बदलता केवल यह है कि प्रत्येक वस्तु के निकट होने का क्या अर्थ है:

  • चर संख्या aa के निकट है यदि 0<∣x−a∣<δ0 < \abs{x - a} < \delta, और ∞\infty के निकट है यदि x>Mx > M;
  • मान संख्या LL के निकट है यदि ∣f(x)−L∣<ε\abs{f(x) - L} < \varepsilon, और ∞\infty के निकट है यदि f(x)>Nf(x) > N।

सीमा वाले पाठ की परिभाषा प्रत्येक पंक्ति के पहले रूप को जोड़ती है; यह पाठ पहली पंक्ति के दूसरे रूप को दूसरी पंक्ति के पहले रूप के साथ; अनंत सीमाओं वाला पाठ शेष रूपों को। इस पाठ का पहला साध्य दोनों उपयोगों को एक ही फलन से दिखाता है।