सारांश
यह पाठ इस विचार को एक सटीक परिभाषा में बदलता है कि जब चर किसी बिंदु के निकट आता है तो फलन के मान किसी संख्या के निकट आते हैं। यह दिखाता है कि अंतर्ज्ञानात्मक विचार क्यों पर्याप्त नहीं है, संचय बिंदुओं का परिचय देता है, जो बताते हैं कि सीमा के बारे में पूछना कहाँ सार्थक है, और एप्सिलॉन-डेल्टा परिभाषा का कथन करता है, जिसे एक चुनौती और उसके प्रत्युत्तर के रूप में पढ़ा जाता है। यह परिभाषा और उसके निषेध को परिमाणकों वाले कथनों के रूप में लिखता है, और सिद्ध करता है कि सीमा, यदि उसका अस्तित्व हो, अद्वितीय है, कि वह केवल बिंदु के निकट के मानों पर निर्भर करती है, और कि वह फलन को उस बिंदु के निकट परिबद्ध रहने और चिह्न का संरक्षण करने के लिए बाध्य करती है। प्रश्न बहुपद फलनों, मूलों और भागफलों के लिए डेल्टा का निर्माण करते हैं, सिद्ध करते हैं कि कुछ सीमाओं का अस्तित्व नहीं है, और वह सबसे बड़ा डेल्टा खोजते हैं जो दिए गए एप्सिलॉन का प्रत्युत्तर देता है।
अधिगम उद्देश्य
- किसी बिंदु पर फलन की सीमा के विचार की व्याख्या करना और उसे उस बिंदु पर फलन के मान से अलग पहचानना।
- सीमा की एप्सिलॉन-डेल्टा परिभाषा का कथन करना, इस माँग का औचित्य बताना कि बिंदु प्रांत का संचय बिंदु हो, और परिभाषा तथा उसके निषेध को परिमाणकों के साथ लिखना।
- सरल बीजीय फलनों की सीमा का मान परिभाषा से सिद्ध करना, प्रत्येक एप्सिलॉन के लिए एक डेल्टा का निर्माण करके।
- सीमा की अद्वितीयता और उसके स्थानीय गुणों को सिद्ध करना, और यह सिद्ध करने के लिए परिभाषा के निषेध का प्रयोग करना कि कोई सीमा अस्तित्व में नहीं है।
सीमा का विचार
बीजगणित और ज्यामिति यह अध्ययन करते हैं कि फलन प्रत्येक बिंदु पर क्या मान लेता है; कलन, इसके अतिरिक्त, यह अध्ययन करता है कि जब चर किसी बिंदु के निकट आता है तो उसके मानों के साथ क्या होता है, भले ही उस बिंदु पर फलन परिभाषित न हो। यह आवश्यकता पुरानी है। किसी वक्र के दो बिंदुओं को मिलाने वाली रेखा की प्रवणता एक अंतर भागफल से परिकलित की जाती है; स्पर्श रेखा की प्रवणता वह मान होना चाहिए जो यह भागफल तब लेता है जब दोनों बिंदु एक हो जाते हैं, परंतु तब भागफल होता है, जो कोई संख्या नहीं है। इसी प्रकार, किसी गतिमान वस्तु का औसत वेग तय की गई दूरी और लगे समय का भागफल है, और किसी क्षण पर वेग वह मान है जिस तक यह भागफल तब पहुँचता है जब लगा समय घटते-घटते कुछ भी नहीं रह जाता। दोनों स्थितियों में फलन के मानों के बारे में पूछा जाता है, किसी ऐसे बिंदु के निकट जहाँ वह परिभाषित नहीं है।
एक सरल उदाहरण स्थिति को दिखाता है। निम्नलिखित फलन पर परिभाषित नहीं है, क्योंकि वहाँ उसका हर शून्य हो जाता है; फिर भी, के निकट के बिंदुओं पर उसके मान के निकट हैं:
कारण यह है कि के लिए अंश का गुणनखंडन के रूप में होता है और भागफल के बराबर होता है; का आलेख रेखा है, जिसमें बिंदु पर एक छेद है। तब कहा जाता है कि की सीमा, जब , की ओर अग्रसर होता है, है, और लिखा जाता है:
अब, वाक्यांश “मान के निकट आते हैं” परिभाषा के रूप में काम नहीं आता, दो कारणों से। पहला कारण यह है कि निकट आना पर्याप्त नहीं है: जब , से पर जाता है, तो का मान के भी निकट आता है, क्योंकि की से दूरी की दूरी से कम है, और फिर भी सीमा नहीं है। को जो बात अलग करती है वह यह है कि के मान उसके जितना चाहें उतना निकट पहुँच जाते हैं, न कि केवल पहले से अधिक निकट। दूसरा कारण यह है कि कोई तालिका सीमित संख्या में बिंदुओं की जाँच करती है, और फलन उनके बीच किसी और प्रकार से व्यवहार कर सकता है: फलन का मान है, पर, पर और के रूप वाले सभी बिंदुओं पर, और फिर भी पर उसकी कोई सीमा नहीं है, क्योंकि उन बिंदुओं के बीच वह और के बीच दोलन करता है; अभ्यास प्रश्न 3 यही बात के लिए उसी युक्ति से सिद्ध करता है। यदि ऐसा है, तो परिभाषा को सभी निकटवर्ती बिंदुओं के बारे में एक साथ बात करनी चाहिए और संख्याओं से तय करना चाहिए कि “जितना चाहें उतना निकट” का अर्थ क्या है। इसके साधन निरपेक्ष मान, जो दूरियाँ मापता है, और त्रिभुज असमिका हैं, जिनका अध्ययन वास्तविक रेखा पर पाठ में किया गया है।
संचय बिंदु
सीमा को परिभाषित करने से पहले यह स्पष्ट करना होगा कि किन बिंदुओं पर उसके बारे में पूछना सार्थक है। बिंदु का फलन के प्रांत में होना आवश्यक नहीं है, जैसा कि ऊपर का उदाहरण दिखाता है; परंतु प्रांत के ऐसे बिंदु होने चाहिए जो के जितना चाहें उतना निकट हों, क्योंकि अन्यथा फलन के कोई मान देखने के लिए नहीं होंगे।
मान लीजिए वास्तविक संख्याओं का एक समुच्चय है। कोई वास्तविक संख्या , का संचय बिंदु है यदि पर केंद्रित प्रत्येक विवृत अंतराल में का कोई ऐसा अवयव हो जो से अलग है:
का कोई अवयव जो का संचय बिंदु नहीं है, का विलगित बिंदु कहलाता है।
उदाहरण के लिए, , का संचय बिंदु है, जो उदाहरण वाले फलन का प्रांत है, यद्यपि वह उसका अवयव नहीं है। संवृत अंतराल का प्रत्येक बिंदु विवृत अंतराल का संचय बिंदु है, अंत्य बिंदुओं सहित। संख्याओं के समुच्चय का संचय बिंदु है, जहाँ प्राकृत संख्या है, क्योंकि आर्किमिडीज़ गुण के अनुसार प्रत्येक के लिए एक प्राकृत संख्या है जिसके लिए । इसके विपरीत, समुच्चय का कोई संचय बिंदु नहीं है: केंद्र और त्रिज्या वाले अंतराल में अधिक से अधिक एक प्राकृत संख्या होती है; यदि , तो उसमें से अलग कोई प्राकृत संख्या नहीं है, और यदि , तो त्रिज्या वाले अंतराल में अब कोई भी नहीं है। शर्त अनिवार्य है; उसके बिना, का प्रत्येक अवयव का संचय बिंदु होता, क्योंकि पर केंद्रित प्रत्येक अंतराल में स्वयं होता है।
सीमा की परिभाषा
इन धारणाओं के साथ परिभाषा दी जा सकती है। वाक्यांश “, के जितना चाहें उतना निकट है” का अनुवाद इस प्रकार होता है: प्रत्येक दूरी के लिए, चाहे वह कितनी भी छोटी हो, के मान से कम दूरी पर रहते हैं ( से मापी गई), बशर्ते पर्याप्त रूप से के निकट हो, अर्थात् किसी दूरी से कम पर, और के बराबर न हो।
मान लीजिए एक वास्तविक फलन है जो वास्तविक संख्याओं के समुच्चय पर परिभाषित है, , का एक संचय बिंदु है और एक वास्तविक संख्या है। कहा जाता है कि , की सीमा है, जब , की ओर अग्रसर होता है, और लिखा जाता है , यदि प्रत्येक के लिए एक ऐसा विद्यमान है कि प्रत्येक जो में है और को संतुष्ट करता है, को भी संतुष्ट करता है:
ज्यामितीय रूप से, शर्त कहती है कि आलेख का बिंदु रेखाओं और के बीच स्थित क्षैतिज पट्टी में है; शर्त कहती है कि केंद्र और त्रिज्या वाले अंतराल में है, परंतु उसका केंद्र नहीं है। परिभाषा को दो व्यक्तियों के बीच एक खेल के रूप में पढ़ा जा सकता है: पहले व्यक्ति द्वारा एक प्रस्तावित किया जाता है, जो के चारों ओर की एक पट्टी की त्रिज्या है, और पट्टी जितनी चाहे उतनी संकरी हो; दूसरे व्यक्ति को एक ऐसे से प्रत्युत्तर देना होता है कि त्रिज्या वाले छिद्रित सामीप्य के ऊपर स्थित आलेख का भाग पट्टी के भीतर रहे। सीमा है यदि दूसरा व्यक्ति सभी चुनौतियों का प्रत्युत्तर दे सके।
फलन का मान है, प्रत्येक पर, और पर उसे जानबूझकर एक ऐसा मान दिया जाता है जो शेष मानों से मेल नहीं खाता: । देखा जाता है कि सीमा के लिए, बिंदु पर, दो चुनौतियों का प्रत्युत्तर कैसे दिया जाता है।
प्रमाण
फलन पूरी रेखा पर परिभाषित है। के निकट उसके मान लगभग हैं, सिवाय पर के मान के, जो अलग रहता है।
पहली चुनौती: । के मानों को उस पट्टी में रहना चाहिए जो से तक जाती है।
उन धनात्मक के लिए जो से अलग हैं, शर्त इसके तुल्य है कि , और के बीच हो। अंतराल के सापेक्ष सममित नहीं है: दायाँ अंत्य बिंदु अधिक निकट है। दोनों दूरियों में से छोटी से प्रत्युत्तर दिया जाता है।
प्रत्येक जिसकी से दूरी से कम है, और जो नहीं है, शर्त को संतुष्ट करता है: छिद्रित सामीप्य के ऊपर आलेख का भाग पट्टी में रहता है। बिंदु पट्टी के बाहर रहता है, परंतु इससे कोई अंतर नहीं पड़ता, क्योंकि परिभाषा को बाहर रखती है।
एक अधिक कड़ी चुनौती, , एक छोटे प्रत्युत्तर की माँग करती है। सामान्यतः, के लिए काम आता है, जो जितना चाहें उतना छोटा हो जाता है जब भी वैसा हो: , पर निर्भर करता है।
उदाहरण परिभाषा की तीन विशेषताएँ दिखाता है जिन्हें ध्यान में रखना उचित है। पहली, , पर निर्भर करता है, और सामान्यतः बिंदु पर भी; यदि कोई किसी चुनौती का प्रत्युत्तर देता है, तो उससे छोटी कोई भी धनात्मक संख्या भी प्रत्युत्तर देती है, इसलिए एक ढूँढ लेना पर्याप्त है, और सबसे बड़े की आवश्यकता नहीं है। दूसरी, पर फलन का मान, यदि उसका अस्तित्व हो, कोई भूमिका नहीं निभाता: शर्त उसे बाहर रखती है, और इसीलिए की सीमा पर है, यद्यपि का मान है। तीसरी, केवल वे गिने जाते हैं जो प्रांत में हैं; शेष की जाँच नहीं की जाती।
सिद्ध किया जाता है कि । दिया होने पर, यह प्राप्त करना है कि । व्यंजक सरल होकर से अपना संबंध दिखाता है:
इसलिए इतना पर्याप्त है कि , अर्थात् । से प्रत्युत्तर दिया जाता है: यदि , तो । इसी प्रकार, किसी अचर फलन के लिए कोई भी प्रत्युत्तर देता है, क्योंकि ; और तत्समक फलन के लिए प्रत्युत्तर देता है, क्योंकि माँगी गई शर्त, , वही है जो मान ली गई है। अतः:
उदाहरण की विधि ही सामान्य विधि है: को इस प्रकार लिखा जाता है कि गुणनखंड प्रकट हो, और शेष को परिबद्ध किया जाता है। जब शेष अचर नहीं होता, तो उसे परिबद्ध करने के लिए को पहले से किसी नियत मान तक सीमित किया जाता है, उदाहरण के लिए ; यही निम्नलिखित उदाहरण की तकनीक है।
सिद्ध किया जाता है कि । मान लीजिए ।
प्रमाण
वर्गों के अंतर का गुणनखंडन किया जाता है; गुणनखंड प्रकट होता है, जिसे छोटा किया जाएगा, और वह एक ऐसे गुणनखंड से गुणा हुआ है जो पर निर्भर करता है।
यदि की माँग की जाए, तो , और के बीच है, और दूसरा गुणनखंड से परिबद्ध रहता है।
इस प्रतिबंध के साथ, इसके अतिरिक्त इतना पर्याप्त है कि । को दोनों संख्याओं में से छोटी के रूप में चुना जाता है, ताकि दोनों शर्तें पूरी हों।
यदि , तो और ; इससे माँगी गई असमिका निकलती है।
पाठ के आरंभ वाली सीमा इसी प्रकार सिद्ध होती है, और एक ऐसे प्रेक्षण के साथ जिसका प्रयोग अक्सर होगा: चूँकि परिभाषा बिंदु की जाँच नहीं करती, इसलिए के व्यंजक को उन बिंदुओं पर सरल किया जा सकता है जो से अलग हैं। के लिए भागफल का मान है, और तब ; प्रत्युत्तर देता है। गुणनखंड को हटाकर सरल करना ठीक इसलिए वैध है कि परिभाषा में का मान कभी नहीं होता।
परिमाणकों वाले कथन के रूप में परिभाषा
सीमा की परिभाषा बारी-बारी से आने वाले तीन परिमाणकों वाला एक कथन है: प्रत्येक के लिए, विद्यमान है, प्रत्येक के लिए। इसकी तार्किक संरचना उन कथनों की है जिनका अध्ययन विधेय तर्क करता है, और इसे संभालना जानना सीमाओं के साथ काम का आधा भाग है। इससे दो परिणाम निकलते हैं।
पहला यह कि परिमाणकों का क्रम महत्त्वपूर्ण है। परिभाषा में को जानने के बाद चुना जाता है, और इसीलिए वह उस पर निर्भर कर सकता है। यदि पहले और बाद में लिखा जाता, तो एक ही को सभी के लिए एक साथ काम आना पड़ता, जो कहीं अधिक प्रबल दावा है, जिसका अभिलक्षण अभ्यास प्रश्न 4 में माँगा गया है।
दूसरा यह कि परिभाषा का निषेध परिमाणकों के निषेध के नियमों से प्राप्त होता है: “प्रत्येक के लिए” का निषेध “कोई ऐसा... विद्यमान है जिसके लिए नहीं” है, और “विद्यमान है” का निषेध “प्रत्येक के लिए... नहीं” है। इस प्रकार प्राप्त होता है कि के सीमा न होने का क्या अर्थ है।
मान लीजिए , पर परिभाषित एक फलन है, , का एक संचय बिंदु है और एक वास्तविक संख्या है। संख्या , की सीमा नहीं है, जब , की ओर अग्रसर होता है, यदि और केवल यदि एक ऐसा विद्यमान है कि प्रत्येक के लिए कोई है जो में है और जिसके लिए और । निषेध को परिमाणक-दर-परिमाणक भीतर ले जाया जाता है, जब तक वह सप्रतिबंध तक न पहुँच जाए।
प्रमाण
पूरी परिभाषा का निषेध किया जाता है।
सार्वत्रिक कथन का निषेध किसी ऐसी स्थिति का अस्तित्व है जिसमें वह विफल होता है।
अस्तित्वात्मक कथन का निषेध यह है कि सभी स्थितियाँ विफल होती हैं।
फिर से एक सार्वत्रिक कथन का निषेध किया जाता है।
सप्रतिबंध असत्य होता है यदि और केवल यदि उसका पूर्वपद सत्य और उत्तरपद असत्य हो; और त्रिभाजिता के अनुसार का निषेध है।
खेल की भाषा में, सीमा नहीं है यदि पहले व्यक्ति के पास कोई ऐसी चुनौती हो जिसका कोई भी प्रत्युत्तर काम न आए: प्रस्तावित कितना भी छोटा हो, छिद्रित सामीप्य में कोई ऐसा बिंदु है जिसका मान पट्टी से बाहर निकल जाता है। यह सिद्ध करने के लिए कि किसी फलन की पर कोई सीमा नहीं है, दिखाना होता है कि कोई भी वास्तविक संख्या सीमा नहीं है, जैसा कि हल किए गए प्रश्न 4 में किया गया है।
आधारभूत गुण
संकेतन उस सीमा की बात करता है, मानो वह एक ही संख्या हो। इसके लिए एक प्रमाण चाहिए: कि दो अलग संख्याएँ एक साथ परिभाषा को संतुष्ट नहीं कर सकतीं। यहाँ यह माँग भूमिका निभाती है कि प्रांत का संचय बिंदु हो। यदि ऐसा न होता, तो एक ऐसा विद्यमान होता कि प्रांत का कोई भी , को संतुष्ट न करता; सदा उसी से प्रत्युत्तर देने पर, परिभाषा का सप्रतिबंध प्रत्येक के लिए सत्य होता, क्योंकि उसका पूर्वपद कभी पूरा न होता, और प्रत्येक संख्या सीमा होती।
मान लीजिए , पर परिभाषित एक फलन है और , का एक संचय बिंदु है। यदि और , तो । उपपत्ति विरोधोक्ति द्वारा दी जाती है: मान लिया जाता है कि सीमाएँ अलग हैं, उदाहरण के लिए , और एक इतना छोटा चुना जाता है कि त्रिज्या वाली पट्टियाँ, और के चारों ओर, एक-दूसरे को स्पर्श न करें।
प्रमाण
मान लीजिए , और दोनों के बीच की दूरी का आधा हो; यह धनात्मक है।
त्रिज्या वाली पट्टियों में, जो और के चारों ओर हैं, कोई उभयनिष्ठ बिंदु नहीं है, और उसी के साथ प्रत्येक सीमा पर परिभाषा लागू की जाती है: दो प्रत्युत्तर प्राप्त होते हैं, और , जो सामान्यतः अलग होते हैं।
दोनों शर्तें एक साथ लागू हों, इसके लिए दोनों त्रिज्याओं में से छोटी ली जाती है। चूँकि , का संचय बिंदु है, त्रिज्या वाले छिद्रित सामीप्य में प्रांत का कोई होता है।
उस के लिए दोनों असमिकाएँ पूरी होती हैं: मान एक साथ दोनों पट्टियों में होता।
त्रिभुज असमिका के अनुसार, और के बीच की दूरी से कम होती, जो ठीक वही दूरी है: विरोधाभास। अतः नहीं हो सकता; इसी प्रकार नहीं हो सकता, और त्रिभाजिता के अनुसार ।
निम्नलिखित प्रमेयिका उस प्रेक्षण को औपचारिक रूप देती है जिसने भागफल को सरल करने की अनुमति दी: पर सीमा केवल के निकट फलन के मानों पर निर्भर करती है, न कि उन मानों पर जो वह पर या उससे दूर लेता है।
मान लीजिए और , पर परिभाषित फलन हैं, , का एक संचय बिंदु है और ऐसा है कि , प्रत्येक के लिए जो में है और जिसके लिए । यदि , तो । इतना पर्याप्त है कि के लिए काम आने वाला प्रत्युत्तर लिया जाए और, यदि आवश्यक हो, उसे घटाकर तक किया जाए।
प्रमाण
मान लीजिए । परिकल्पना के अनुसार, एक प्रत्युत्तर विद्यमान है जो के लिए काम आता है।
उस प्रत्युत्तर और उस त्रिज्या में से, जिसके भीतर फलन संपाती हैं, जो छोटा है वह लिया जाता है।
यदि , में है और , तो , क्योंकि , और पट्टी में है, क्योंकि ।
निम्नलिखित दो गुण बताते हैं कि सीमा बिंदु के निकट फलन पर शर्तें लगाती है। पहला उसे परिबद्ध रहने के लिए बाध्य करता है; दूसरा, सीमा के शून्य न होने पर, सीमा का चिह्न रखने के लिए। दोनों पहले से चुने गए एक के साथ परिभाषा लागू करके प्राप्त होते हैं, और सीमाओं का बीजगणित पर पाठ में गुणनफल और भागफल के नियमों को सिद्ध करने के साधन होंगे।
मान लीजिए , पर परिभाषित एक फलन है, , का एक संचय बिंदु है और । तब एक ऐसा विद्यमान है कि प्रत्येक के लिए जो में है और जिसके लिए , असमिका पूरी होती है। यदि इसके अतिरिक्त , तो एक ऐसा विद्यमान है कि उन्हीं के लिए का चिह्न वही है जो का है, और । प्रत्येक दावा किसी ठोस चुनौती पर लागू की गई परिभाषा है: पहले के लिए और दूसरे के लिए ।
प्रमाण
के साथ, परिभाषा एक ऐसा देती है कि के मानों की से दूरी से कम है।
त्रिभुज असमिका के अनुसार, का निरपेक्ष मान के निरपेक्ष मान और इस दूरी के योग से अधिक नहीं है।
यदि , तो के साथ, जो धनात्मक है, परिभाषा एक और देती है, और केंद्र और त्रिज्या वाले अंतराल में रहता है।
यदि , तो बायाँ अंत्य बिंदु है, जो धनात्मक है; यदि , तो दायाँ अंत्य बिंदु है, जो ऋणात्मक है। दोनों स्थितियों में, का चिह्न वही है जो का है, और उसकी से दूरी से अधिक है।
परिभाषा से किसी भी सीमा का मान सिद्ध किया जा सकता है, परंतु फलन की जटिलता के साथ काम बढ़ता जाता है। सीमाओं के बीजगणित पर पाठ, इससे आरंभ करके, योग, गुणनफल, भागफल, घातों और मूलों के नियम सिद्ध करता है, जो अधिकांश सीमाओं की गणना हर बार फिर से कोई खोजे बिना करने देते हैं।
हल किए गए प्रश्न
प्रश्न कठिनाई में आगे बढ़ते हैं: पहले तीन एक बहुपद, एक वर्गमूल और एक भागफल के लिए का निर्माण करते हैं, प्रत्येक के साथ आने वाले गुणनखंड को परिबद्ध करने के अपने तरीके से; चौथा परिभाषा के निषेध से सिद्ध करता है कि एक सीमा का अस्तित्व नहीं है; और अंतिम वह सबसे बड़ा खोजता है जो दी गई चुनौती का प्रत्युत्तर देता है।
परिभाषा से सिद्ध कीजिए कि ।
हल
मान लीजिए । चूँकि बहुपद का एक मूल है, उसमें गुणनखंड है।
त्रिज्या को पहले से तक सीमित किया जाता है: तब , और के बीच है, और दूसरा गुणनखंड परिबद्ध रहता है।
इस प्रतिबंध के साथ इतना पर्याप्त है कि ; दोनों त्रिज्याओं में से छोटी चुनी जाती है।
यदि , तो दोनों शर्तें पूरी होती हैं, और माँगी गई असमिका निकलती है।
परिभाषा से सिद्ध कीजिए कि , जहाँ फलन पर परिभाषित है।
हल
मान लीजिए । प्रकट हो, इसके लिए संयुग्मी व्यंजक से, जो धनात्मक है, गुणा और भाग किया जाता है।
हर कम से कम है, क्योंकि ; इस बार त्रिज्या को सीमित करने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि परिबंध पूरे प्रांत में मान्य है।
अतः, इतना पर्याप्त है कि ।
यदि और , तो माँगी गई असमिका प्राप्त होती है। केवल वे जाँचे जाते हैं जो प्रांत में हैं: ऋणात्मक संख्याएँ, जिन पर मूल परिभाषित नहीं है, नहीं गिनी जातीं, भले ही वे के निकट हों, यदि बड़ा है।
परिभाषा से सिद्ध कीजिए कि , जहाँ फलन पर परिभाषित है।
हल
मान लीजिए । अंतर को उभयनिष्ठ हर पर लाया जाता है।
अब के साथ आने वाला गुणनखंड हर में है, और हर को के निकट आने से रोकना होगा। यदि , तो , और हर से बड़ा है।
इस प्रतिबंध के साथ, भागफल से कम है, और इतना पर्याप्त है कि यह राशि से कम हो।
यदि , तो दोनों शर्तें पूरी होती हैं। पूर्व प्रतिबंध के बिना विधि विफल हो जाती: के निकट भागफल असीम रूप से बढ़ता है।
चिह्न फलन, जो पर परिभाषित है, धनात्मक संख्याओं पर और ऋणात्मक संख्याओं पर का मान लेता है। सिद्ध कीजिए कि जब , की ओर अग्रसर होता है, तब उसकी कोई सीमा नहीं है।
हल
प्रांत का संचय बिंदु है। सिद्ध करना है कि कोई भी वास्तविक संख्या सीमा नहीं है; परिभाषा के निषेध के अनुसार, इतना पर्याप्त है कि प्रत्येक के लिए एक ऐसी चुनौती खोजी जाए जिसका कोई भी प्रत्युत्तर न दे। प्रस्तावित किया जाता है, सभी के लिए।
मान लीजिए कोई भी है। त्रिज्या वाले छिद्रित सामीप्य में एक धनात्मक और एक ऋणात्मक संख्या है, जिन पर फलन के मान और हैं।
और के बीच की दूरी है; त्रिभुज असमिका के अनुसार, की इन दोनों मानों से दूरियों का योग कम से कम है।
इससे यह निकलता है कि दोनों दूरियों में से एक कम से कम है: यदि दोनों से कम होतीं, तो उनका योग से कम होता।
इस प्रकार, प्रत्येक के लिए चुनौती का कोई प्रत्युत्तर नहीं है: चौड़ाई वाली कोई भी पट्टी, अपने किनारों को छोड़कर, एक साथ मान और नहीं रखती। फलन की पर कोई सीमा नहीं है।
फलन के लिए, बिंदु पर, और चुनौती के साथ, वह सबसे बड़ा ज्ञात कीजिए जो चुनौती का प्रत्युत्तर देता है।
हल
शर्त का अर्थ है कि , और के बीच है।
के निकट धनात्मक हैं, और शर्त इसके तुल्य है कि अंत्य बिंदुओं के वर्गमूलों के बीच हो।
की अंत्य बिंदुओं से दूरियाँ अलग-अलग हैं: परवलय के दाईं ओर अधिक तेज़ी से चढ़ता है, और दायाँ अंत्य बिंदु अधिक निकट है।
केंद्र और त्रिज्या वाले अंतराल को प्राप्त अंतराल में समाना चाहिए; उसकी त्रिज्या दोनों दूरियों में से छोटी से अधिक नहीं हो सकती, जो चुनौती का प्रत्युत्तर देती है।
कोई बड़ी त्रिज्या काम नहीं आती: यदि , तो बिंदु की से दूरी से कम है, और उस पर की से दूरी ठीक है, जो से कम नहीं है।
अभ्यास प्रश्न
प्रश्न कठिनाई में आगे बढ़ते हैं: पहले दो, अन्य बहुपदों के साथ, त्रिज्या को सीमित करने की तकनीक दोहराते हैं; तीसरा दोलन करने वाले एक फलन पर परिभाषा का निषेध लागू करता है; चौथा जाँचता है कि परिमाणकों का क्रम उलटने पर क्या होता है; और अंतिम एक ऐसे फलन का अध्ययन करता है जिसकी सीमा केवल एक बिंदु पर है। प्रत्येक के साथ एक संकेत है, जिसे प्रश्न का प्रयास करने के बाद ही खोलना उचित है।
परिभाषा से सिद्ध कीजिए कि ।
संकेत
का गुणनखंडन कीजिए: इसका एक मूल है। त्रिज्या को तक सीमित कीजिए और दूसरे गुणनखंड को उस अंतराल में परिबद्ध कीजिए जो से तक जाता है।
उत्तर
चूँकि और, यदि , तो , इसलिए प्रत्युत्तर देता है:
परिभाषा से सिद्ध कीजिए कि ।
संकेत
घनों के अंतर के गुणनखंडन का प्रयोग कीजिए, और दूसरे गुणनखंड को परिबद्ध कीजिए जब , और के बीच हो।
उत्तर
यदि , तो , इसलिए प्रत्युत्तर देता है:
सिद्ध कीजिए कि फलन की, जो पर परिभाषित है, कोई सीमा नहीं है जब , की ओर अग्रसर होता है।
संकेत
हल किए गए प्रश्न 4 की विधि का अनुसरण कीजिए। केंद्र वाले प्रत्येक छिद्रित सामीप्य में ऐसे बिंदु हैं जिन पर फलन का मान है और ऐसे बिंदु जिन पर उसका मान है: ऐसे खोजिए जो और के रूप के हों, जहाँ पर्याप्त बड़ी प्राकृत संख्या है।
उत्तर
प्रत्येक के लिए कोई भी चुनौती का प्रत्युत्तर नहीं देता, क्योंकि बड़े के लिए निम्नलिखित दो बिंदुओं की से दूरी से कम है, और उन पर फलन के मान और हैं:
विस्तृत हल
हल
मान लीजिए एक वास्तविक संख्या है और । आर्किमिडीज़ गुण के अनुसार एक प्राकृत संख्या विद्यमान है जिसके लिए ; तब निम्नलिखित दो बिंदु धनात्मक हैं और से छोटे हैं।
पहले बिंदु पर एक ऐसा कोण है जिसकी ज्या है; दूसरे पर, एक ऐसा कोण जिसकी ज्या है।
हल किए गए प्रश्न 4 की तरह, की और से दूरियों का योग कम से कम है, और उनमें से एक कम से कम है। चुनौती का कोई प्रत्युत्तर नहीं है, किसी भी के लिए।
मान लीजिए , पर परिभाषित एक फलन है, , का एक संचय बिंदु है और एक वास्तविक संख्या है। सिद्ध कीजिए कि निम्नलिखित कथन, जो सीमा की परिभाषा में पहले दो परिमाणकों को आपस में बदलने से प्राप्त होता है, सत्य है यदि और केवल यदि का मान है, के उन सभी बिंदुओं पर जो केंद्र वाले किसी छिद्रित सामीप्य में हैं। क्या फलन इसे पर, के साथ, संतुष्ट करता है?
संकेत
यदि कोई ऋणेतर संख्या प्रत्येक से कम है, तो वह है: अन्यथा, वह स्वयं एक ऐसा होती जिससे वह कम नहीं है।
उत्तर
कथन का नियत करने पर, छिद्रित सामीप्य का प्रत्येक , को संतुष्ट करता है, प्रत्येक के लिए, अतः ; विलोम तुरंत है। फलन इसे पर संतुष्ट नहीं करता, यद्यपि वहाँ उसकी सीमा है, क्योंकि वह किसी भी अंतराल में अचर नहीं है:
विस्तृत हल
हल
मान लीजिए कथन सत्य है, और वह त्रिज्या है जिसका वह दावा करता है। एक लीजिए जो में है और जिसके लिए ; असमिका प्रत्येक धनात्मक के लिए पूरी होती है।
यदि धनात्मक होता, तो लिया जा सकता था, और असमिका कहती कि एक संख्या स्वयं से कम है। अतः, वह है, और ।
विलोमतः, यदि का मान है, के उन बिंदुओं पर जो त्रिज्या वाले किसी छिद्रित सामीप्य में हैं, तो वही प्रत्येक के लिए काम आता है, क्योंकि दूरी है।
फलन का मान नहीं है, से अलग और उसके निकट किसी भी बिंदु पर, इसलिए वह कथन को संतुष्ट नहीं करता, यद्यपि वह सीमा की परिभाषा को संतुष्ट करता है। उलटा किया गया कथन वही बात कहने का कोई और तरीका नहीं है, बल्कि कहीं अधिक प्रबल दावा है।
निम्नलिखित फलन का मान परिमेय संख्याओं पर और अपरिमेय संख्याओं पर है। सिद्ध कीजिए कि पर उसकी सीमा है, और कि किसी भी बिंदु पर उसकी कोई सीमा नहीं है।
संकेत
पर, देखिए कि सभी स्थितियों में । पर, चुनौती प्रस्तावित कीजिए और इस तथ्य का प्रयोग कीजिए कि प्रत्येक अंतराल में परिमेय और अपरिमेय संख्याएँ होती हैं, जैसा कि वास्तविक रेखा पर पाठ में सिद्ध किया गया: निकट की कोई अपरिमेय संख्या को के निकट होने के लिए बाध्य करती है, और निकट की कोई परिमेय संख्या उसे के निकट होने के लिए।
उत्तर
पर प्रत्युत्तर देता है। पर, यदि सीमा होती, तो एक अपरिमेय संख्या और एक परिमेय संख्या , जो त्रिज्या वाले छिद्रित सामीप्य में हों, एक साथ निम्नलिखित दो असमिकाएँ देतीं, जो असंगत हैं:
विस्तृत हल
हल
पर: परिमेय संख्याओं पर , और अपरिमेय संख्याओं पर ; दोनों स्थितियों में, की से दूरी की से दूरी से अधिक नहीं है, और प्रत्युत्तर देता है।
मान लीजिए और मान लें कि , पर सीमा है। के साथ एक है जो प्रत्युत्तर देता है, और आवश्यक हो तो उसे घटाकर कर दिया जाता है।
त्रिज्या वाले छिद्रित सामीप्य में एक अपरिमेय संख्या है, जिस पर का मान है: सीमा के निकट रहती है।
एक परिमेय संख्या भी है, जिस पर का मान है। चूँकि की से दूरी से कम है, उसका निरपेक्ष मान से अधिक है।
त्रिभुज असमिका के अनुसार, एक साथ से कम और अधिक होता: विरोधाभास। पर कोई सीमा नहीं है।