Kontinuitet og diskontinuitet i funksjonar.
Kva er kontinuitet?
Intuitivt tenkjer vi på ein kontinuerleg funksjon som ein funksjon der grafen kan teiknast utan å løfte pennen frå papiret. Funksjonen har ingen "hopp", "hol" eller "brot".
I dette kapitlet skal vi gi ein presis matematisk definisjon av kontinuitet og lære å identifisere ulike typar diskontinuitet.
Sjå på følgjande funksjonar:
1. (polynomfunksjon)
2. (rasjonell funksjon)
3. (trappefunksjon)
Kva for nokre av desse er kontinuerlege?
1. er kontinuerleg for alle . Grafen er ein parabel utan brot.
2. er kontinuerleg for alle . I er funksjonen ikkje definert, så han har ein diskontinuitet der (vertikal asymptote).
3. har eit hopp i . Grenseverdiane frå venstre () og høgre () er forskjellige, så funksjonen er diskontinuerleg i .
Svar: er kontinuerleg overalt. er kontinuerleg i heile definisjonsmengda, men ikkje definert i . er diskontinuerleg i .
Definisjon av kontinuitet
Ein funksjon er kontinuerleg i punktet dersom følgjande tre krav er oppfylte:
1. eksisterer (funksjonen er definert i )
2. eksisterer (grenseverdien eksisterer)
3. (grenseverdien er lik funksjonsverdien)
Dersom eitt eller fleire av desse krava ikkje er oppfylte, seier vi at er diskontinuerleg i .
Krav 1: Sjekk at er i definisjonsmengda til .
Krav 2: Sjekk at (einsidige grenseverdiar er like).
Krav 3: Sjekk at grenseverdien frå krav 2 er lik funksjonsverdien .
Merk: I denne boka kallar vi eit punkt utanfor definisjonsmengda eit diskontinuitetspunkt når er definert rett til venstre og rett til høgre for , slik som i . Eit heilt intervall der ikkje er definert, gir ingen diskontinuitetspunkt. I eksamensløysingar er det òg vanleg å seie at er kontinuerleg i heile definisjonsmengda og å skildre som eit hol eller ein vertikal asymptote. Skriv gjerne begge delar.
Undersøk om er kontinuerleg i .
Vi sjekkar dei tre krava:
Krav 1: Er definert?
er udefinert.
Sidan krav 1 ikkje er oppfylt, er diskontinuerleg i .
Merk: Vi kan forenkle uttrykket:
Grenseverdien eksisterer, men funksjonen er ikkje definert i . Dette er ein fjernbar diskontinuitet.
Vis at er kontinuerleg i .
Vi sjekkar dei tre krava:
Krav 1: ✓ (eksisterer)
Krav 2: ✓ (eksisterer)
Krav 3: ✓ (like)
Alle tre krav er oppfylte, så er kontinuerleg i .
Generelt: Polynomfunksjonar er kontinuerlege overalt i .
Undersøk om funksjonen er kontinuerleg i det oppgitte punktet ved å sjekke dei tre krava.
Typar diskontinuitet
Når ein funksjon er diskontinuerleg i eit punkt, kan vi klassifisere kva for type diskontinuitet det er basert på kva som går gale med dei tre krava.
Ein funksjon har fjernbar diskontinuitet (hol) i dersom:
- Grenseverdien eksisterer
- Men anten ikkje eksisterer, eller
Diskontinuiteten kan "fjernast" ved å definere (eller omdefinere) .
Døme: har fjernbar diskontinuitet i .
Dei einsidige grenseverdiane eksisterer, men er forskjellige. Funksjonen "hoppar" frå éin verdi til ein annan.
Døme: Forteiknsfunksjonen har hopppunkt i .
(eller begge). Funksjonsverdiane går mot uendeleg når nærmar seg .
Døme: har ein pol i .
Gjør dette i GeoGebra
Typar diskontinuitet
Skriv inn én linje om gangen i inntastingsfeltet:
f(x) = If(x != 1, (x^2 - 1)/(x - 1)) g(x) = If(x < 0, -1, 1) h(x) = 1/x A = (1, 2)
Med språket satt til norsk forstår GeoGebra kommandonavnene både på norsk og engelsk.
Klassifiser diskontinuiteten til følgjande funksjonar:
a) i
b) i
c) i
a) for
, men er udefinert.
Fjernbar diskontinuitet (hol i , ).
Svar: Fjernbar diskontinuitet i .
b)
Dei einsidige grenseverdiane er forskjellige ().
Hopppunkt med hopp .
Svar: Hopp i .
c)
Funksjonen går mot uendeleg når .
Pol (vertikal asymptote ).
Svar: Vertikal asymptote .
Klassifiser diskontinuiteten som fjernbar diskontinuitet, hopppunkt eller pol.
Kontinuitet på eit intervall
Ein funksjon kan vere kontinuerleg på heile definisjonsmengda si, eller berre på delar av ho.
Ein funksjon er kontinuerleg på eit ope intervall dersom er kontinuerleg i kvart punkt .
Ein funksjon er kontinuerleg på eit lukka intervall dersom:
- er kontinuerleg på
- (høgre-kontinuitet i )
- (venstre-kontinuitet i )
Følgjande funksjonar er kontinuerlege på heile si naturlege definisjonsmengd:
- Polynomfunksjonar: (kontinuerleg for alle )
- Rasjonale funksjonar: (kontinuerleg der )
- Eksponentialfunksjonar: , (kontinuerleg for alle )
- Logaritmefunksjonar: , (kontinuerleg for )
- Rotfunksjonar: (kontinuerleg på definisjonsmengda)
- Trigonometriske funksjonar: , (kontinuerleg for alle )
Dersom og er kontinuerlege i , så er også følgjande funksjonar kontinuerlege i :
- (sum)
- (differanse)
- (produkt)
- (kvotient, føresett )
- (komposisjon, føresett at er i definisjonsmengda til )
Finn alle punkt der følgjande funksjonar er diskontinuerlege:
a)
b)
a)
Funksjonen er udefinert (og diskontinuerleg) der nemnaren er null:
Diskontinuerleg i og (begge er polar).
b)
Logaritmen krev positivt argument:
eller
Definisjonsmengd:
er kontinuerleg i heile definisjonsmengda. For er ikkje definert, og når eller , går .
Her manglar eit heilt intervall i definisjonsmengda, ikkje einskilde punkt der er definert på begge sider. Difor har ingen diskontinuitetspunkt.
Svar: a) er diskontinuerleg i og . b) har ingen diskontinuitetspunkt i definisjonsmengda; er ikkje definert for .
Finn alle punkt der funksjonen er diskontinuerleg, og klassifiser diskontinuiteten.
Asymptotisk åtferd
Asymptotar skildrar korleis ein funksjon oppfører seg når nærmar seg visse verdiar eller går mot uendeleg.
Vertikale asymptotar oppstår typisk der nemnaren i ein brøk går mot null medan teljaren ikkje gjer det.
Ein funksjon kan ha forskjellige horisontale asymptotar når og , eller ingen i det heile teke.
Finn alle asymptotar til .
Vertikal asymptote:
Nemnaren er null når , altså .
Teljaren i : .
og
Vertikal asymptote:
Horisontal asymptote:
Tilsvarande:
Horisontal asymptote:
Svar: Vertikal asymptote og horisontal asymptote .
Vertikale asymptotar: Løys . Sjekk at i desse punkta.
Horisontale asymptotar: Samanlikn gradene til og :
- Dersom : Horisontal asymptote
- Dersom : Horisontal asymptote
- Dersom : Ingen horisontal asymptote
Gjør dette i GeoGebra
Asymptotar
Skriv inn én linje om gangen i inntastingsfeltet:
f(x) = (2x + 1)/(x - 3) v: x = 3 h: y = 2
Med språket satt til norsk forstår GeoGebra kommandonavnene både på norsk og engelsk.
Finn alle vertikale og horisontale asymptotar.
Bruk av diskontinuerlege funksjonar
Diskontinuerlege funksjonar er ikkje berre teoretiske konstruksjonar - dei modellerer mange verkelege fenomen.
der er vekta i gram og er portoen i kroner.
a) Teikn grafen til .
b) Kvar er diskontinuerleg?
a) Grafen er ein trappefunksjon med tre "trinn":
- kr for g
- kr for g
- kr for g
b) er diskontinuerleg i og g.
- I : , (hopppunkt)
- I : , (hopppunkt)
Slike trappefunksjonar er naturlege i mange prismodellar, skattesatsar og avgifter.
Svar: b) er diskontinuerleg i og .
Samansette oppgåver om kontinuitet. Deloppgåve b) og c) er fordjuping (utanfor læreplanen for R1): dei bruker sinusfunksjonen og grenseverdien , som høyrer til R2.
Finn verdien av slik at er kontinuerleg i .
Lat for . Korleis må definerast for at skal vere kontinuerleg i ?
Vis at for kan utvidast til ein kontinuerleg funksjon ved å setje .
Oppsummering
Kontinuitet i eit punkt:
Ein funksjon er kontinuerleg i viss:
1. eksisterer
2. eksisterer
3.
Typar diskontinuitet:
- Fjernbar: Grenseverdien eksisterer, men manglar eller er feil
- Hopppunkt: Einsidige grenseverdiar er forskjellige
- Pol: Funksjonen går mot
Asymptotar:
- Vertikal asymptote :
- Horisontal asymptote :
Standardfunksjonar:
Polynom, eksponentialfunksjonar, trigonometriske funksjonar og logaritmar er kontinuerlege på si naturlege definisjonsmengd.
Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.
