Пример 1. Показать, что элементарные функции:
1) ; 2) .
непрерывны во всей своей области определения.
Решение. Найдем область определения функции и затем убедимся, исходя из определения непрерывности, что функция будет непрерывна в этой же области.
1) Областью определения функции является вся числовая ось. Далее, придадим аргументу произвольное приращение и, подставив в данное выражение функции вместо наращенное значение , найдем наращенное значение функции:
.
Вычитая из этого наращенного значения функции ее первоначальное значение, найдем приращение функции:
Пусть теперь . Тогда при любом значении , . Следовательно, согласно определению непрерывности, функция будет непрерывна при любом значении , т. е. во всей своей области определения.
2) Тригонометрическая функция определена на всей числовой оси, за исключением точек .
Повторяя указанные выше рассуждения, найдем приращение функции и затем его предел при :
.
при всех значениях , кроме .
Следовательно, область непрерывности и область определения элементарной функции полностью совпадают.
Пример 1. Дана функция. Найти ее точки разрыва, если они существуют, и скачок функции в каждой точке разрыва:
1) ;
2) ;
3) ;
4) ;
5) .
Решение. 1) Функция определена, т. е. может быть вычислена при всех значениях , кроме . Эта функция элементарная, поэтому она непрерывна во всей области своего определения: . Она не определена в точках и , но определена вблизи этих точек. Вследствие этого, ввиду несоблюдения 1-го условия непрерывности, данная функция в точках и имеет разрывы.
Для определения скачка функции в найденных ее точках разрыва вычислим односторонние пределы этой функции при стремлении аргумента к точкам разрыва слева и справа:
а)
так как при величина является положительной бесконечно малой, а обратная ей величина является положительной бесконечно большой;
,
так как при величина является отрицательной бесконечно малой, а обратная ей величина является отрицательной бесконечно большой.
Следовательно, в точке функция имеет бесконечный разрыв (рис. 1).
Рис.1
б) ,
так как при величина есть отрицательная бесконечно малая, а обратная ей величина есть отрицательная бесконечно большая;
,
так как при величина есть положительная бесконечно малая, а обратная ей величина есть положительная бесконечно большая.
Следовательно, и в точке разрыв функции бесконечный.
2) Элементарная функция определена на всей числовой оси (хотя она дробная, но корни знаменателя комплексные). Поэтому она и непрерывна на всей числовой оси, т. е. не имеет точек разрыва.
3) Элементарная функция определена, а следовательно, и непрерывна на всей числовой оси, кроме точки . В точке функция имеет разрыв, поскольку она определена в любой окрестности этой точки, за исключением самой точки.
Найдем односторонние пределы функции в этой точке:
Следовательно, разрыв функции конечный (рис. 2); при она имеет конечный скачок
Рис.2
4) Функция определена и непрерывна на всей числовой оси, кроме точки . Из этого следует, что в точке функция имеет разрыв.
Исследуем эту точку разрыва:
так как при всяком значении эта функция равна -1;
так как при всяком значении эта функция равна +1.
Следовательно, в точке функция имеет конечный разрыв (рис. 3); ее скачок в этой точке разрыва конечный:
Рис.3
5) Логарифмическая функция определена только для положительных значений своего аргумента . Поэтому элементарная функция будет определена и непрерывна для значений , удовлетворяющих неравенству . Решая это неравенство, найдем область определения и область непрерывности функции, — она будет состоять из двух интервалов числовой оси:
и .
Во всех точках отрезка данная функция не определена, однако точками ее разрыва являются только граничные точки и . В этих граничных точках функция не определена, но она определена в сколь угодно близких точках слева от точки и справа от точки . Все остальные внутренние точки отрезка [— 3; 0], в которых функция также не определена, как и в точках и , не являются точками разрыва потому, что вблизи этих внутренних точек функция не определена.
Точка, в которой функция не определена, будет точкой разрыва функции лишь при условии, если функция определена, хотя бы с одной стороны вблизи этой точки.
Найдя односторонние пределы функции при стремлении к точкам разрыва изнутри области определения функции
,
заключаем, что в точках и функция имеет бесконечные разрывы (рис. 4).
Рис.4