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Topos Uranos

Resumo

Esta aula estuda o comportamento de uma função de cada lado de um ponto. O limite à direita e o limite à esquerda são definidos como limites ordinários da restrição da função a um dos lados, de modo que todos os teoremas das aulas precedentes valem para eles sem uma demonstração nova. Com épsilon e delta demonstram-se apenas dois resultados: que uma função tem limite se e somente se seus dois limites laterais existem e coincidem, e que uma função monótona e limitada tem limite lateral no extremo de um intervalo, igual ao supremo ou ao ínfimo de seus valores. Este último é o primeiro teorema do curso que assegura que um limite existe sem conhecer de antemão o seu valor. Os problemas estudam funções definidas por partes, a parte inteira e quocientes trigonométricos que tendem a números distintos de cada lado.

Objetivos de aprendizagem

  1. Definir com épsilon e delta os limites laterais como limites de uma restrição, e aplicar-lhes os teoremas das aulas precedentes.
  2. Demonstrar que uma função tem limite num ponto se e somente se seus dois limites laterais existem e são iguais, e usá-lo para demonstrar que um limite não existe.
  3. Demonstrar que uma função monótona e limitada tem limites laterais nos extremos de um intervalo, iguais ao supremo ou ao ínfimo de seus valores.
  4. Calcular limites laterais de funções definidas por partes, da parte inteira e de quocientes trigonométricos, e determinar constantes para que um limite exista.

Saltos e bordas

Na aula sobre o limite de funções de uma variável real demonstrou-se que a função sinal, que vale 11 nos positivos e −1-1 nos negativos (o valor que se lhe atribua em 00 não afeta o limite), não tem limite em 00. E, no entanto, seu comportamento perto de 00 é muito simples: à direita de 00 vale constantemente 11, e à esquerda, constantemente −1-1. A definição de limite não distingue os lados, e por isso não registra essa informação. O mesmo ocorre com a parte inteira, definida a seguir, em cada número inteiro.

Na demonstração da densidade dos racionais, na aula sobre a reta real, provou-se que para todo real tt existe um inteiro mm com m−1≤t<mm - 1 \leq t < m. Esse inteiro é único, porque dois inteiros distintos distam pelo menos 11 e não cabem ambos num intervalo de comprimento 11 aberto num extremo. O inteiro m−1m - 1 chama-se parte inteira de tt e escreve-se ⌊t⌋\lfloor t \rfloor: é o único inteiro que cumpre a condição abaixo.

⌊t⌋∈Z,⌊t⌋≤t<⌊t⌋+1\lfloor t \rfloor \in \mathbb{Z}, \qquad \lfloor t \rfloor \leq t < \lfloor t \rfloor + 1

Por exemplo, ⌊2,7⌋=2\lfloor 2{,}7 \rfloor = 2, ⌊3⌋=3\lfloor 3 \rfloor = 3 e ⌊−0,5⌋=−1\lfloor -0{,}5 \rfloor = -1. No intervalo [n,n+1)\ico{n}{n + 1}, com nn inteiro, a parte inteira vale constantemente nn; ao chegar a n+1n + 1 dá um salto de altura um. Perto de um inteiro nn, a função vale n−1n - 1 à esquerda e nn à direita.

Em toda a aula, ff é uma função real definida num conjunto AA, e escreve-se A∩(a,∞)A \cap \ioo{a}{\infty} para os pontos de AA situados à direita de aa e A∩(−∞,a)A \cap \ioo{-\infty}{a} para os situados à sua esquerda.