ลิมิตของฟังก์ชัน

ในวิชาคณิตศาสตร์ ลิมิตของฟังก์ชัน เป็นแนวคิดพื้นฐานของ คณิตวิเคราะห์ (ภาคทฤษฎีของแคลคูลัส)

ถ้าเราพูดว่า ฟังก์ชัน f มีลิมิต L ที่จุด p หมายความว่า ผลลัพธ์ของ f จะเข้าใกล้ L ที่จุดใกล้จุด p สำหรับนิยามอย่างเป็นทางการนั้น มีการกำหนดขึ้นครั้งแรก ช่วงปลายของคริสต์ศตวรรษที่ 19 มีรายละเอียดอยู่ข้างล่าง

ดูที่ ข่ายลำดับ (topology) สำหรับนัยทั่วไปของแนวคิดของลิมิต

ประวัติ

ดูที่ คณิตวิเคราะห์

นิยามเป็นทางการ

ฟังก์ชันบนปริภูมิอิงระยะทาง

กำหนดให้ f : (M,d_M) -> (N,d_N) เป็นการส่งค่าระหว่าง (เป็นฟังก์ชันที่นิยามบน) ปริภูมิอิงระยะทาง สองปริภูมิ, และกำหนดให้ p ∈M และ L ∈N, เราจะกล่าวว่า "ลิมิตของ f ที่ p คือ L" และเขียนว่า:${\textstyle \lim _{x\to p}f(x)=L}$ ก็ต่อเมื่อ สำหรับทุกค่าของ ε > 0 จะมี δ > 0 ที่ สำหรับทุกๆ x ∈M และ d_M(x, p) < δ แล้ว, d_N(f(x), L) < ε

ฟังก์ชันค่าจริง

เซตของจำนวนจริงหรือเส้นจำนวนจริง โดยทั่วไปสามารถมองเป็นปริภูมิอิงระยะทางได้ โดยมี ${\displaystyle d(x,y):=|x-y|}$ . เช่นเดียวกับ เส้นจำนวนจริงขยาย (เส้นจำนวนจริงที่เพิ่ม +∞ และ -∞ เข้าไปด้วย) ก็สามารถมองเป็นปริภูมิอิงระยะทางได้ โดยมี ${\displaystyle d(x,y):=|arctan(x)-arctan(y)|}$ 

ลิมิตของฟังก์ชันค่าจริงที่จุดใดจุดหนึ่ง

ให้ f เป็นฟังก์ชันค่าจริง แล้วเราจะเขียน ${\displaystyle \lim _{x\to p}f(x)=L}$  ก็ต่อเมื่อ สำหรับทุกค่าของ ε > 0 (ไม่ว่าจะเล็กเท่าใด) จะต้องมี δ > 0 อย่างน้อยหนึ่งค่า ที่ สำหรับทุกค่าของจำนวนจริง x ที่ 0 < |x-p| < δ, |f(x)-L| < ε

ซึ่งเป็นกรณีพิเศษของฟังก์ชันบนปริภูมิอิงระยะทาง ที่มีทั้ง M และ N เป็นเซตของจำนวนจริง และ d(x,y) = |x-y|.

หรือเราจะเขียน ${\displaystyle \lim _{x\to p}f(x)=\infty }$  ก็ต่อเมื่อ สำหรับทุกค่าของ R > 0 (ไม่ว่าจะใหญ่เท่าใด) จะต้องมี δ > 0 อย่างน้อยหนึ่งค่า ที่ สำหรับทุกค่าของจำนวนจริง x ที่ 0 < |x-p| < δ, f(x) > R;

หรือจะเขียนว่า ${\displaystyle \lim _{x\to p}f(x)=-\infty }$  ก็ต่อเมื่อ สำหรับทุกค่าของ R < 0 จะต้องมี δ > 0 อย่างน้อยหนึ่งค่า ที่ สำหรับทุกค่าของจำนวนจริง x ที่ 0 < |x-p| < δ, f(x) < R.

ถ้าในนิยาม เราใช้ x-p แทน |x-p| เราก็จะได้ ลิมิตขวา เขียนแทนโดย :${\displaystyle \lim _{x\to p^{+}}}$  และถ้าใช้ p-x แทน ก็จะได้ ลิมิตซ้าย เขียนแทนโดย :${\displaystyle \lim _{x\to p^{-}}}$ 

ลิมิตของฟังก์ชันค่าจริง ณ อนันต์

 

จะมีลิมิตของฟังก์ชัน ณ อนันต์ ถ้า สำหรับ ε > 0 ใดๆ มี S > 0 อย่างน้อยหนึ่งค่า ที่ทำให้ |f(x)-L| < ε สำหรับ x > S ใดๆ

ให้ f(x) เป็นฟังก์ชันค่าจริง เราจะพิจารณาลิมิตของฟังก์ชันเมื่อ x เพิ่มขึ้น หรือลดลงอย่างไม่มีที่สิ้นสุด

เราจะเขียน

${\displaystyle \lim _{x\to \infty }f(x)=L}$ 

ฟังก์ชันค่าเชิงซ้อน

ระนาบเชิงซ้อน ที่มีตัววัด (metric) เป็น ${\displaystyle d(x,y):=|x-y|}$  จะเป็นปริภูมิอิงระยะทาง (metric space) ด้วยเช่นกัน จะมีลิมิตสองประเภทเมื่อเราพูดถึงฟังก์ชันค่าเชิงซ้อน

ลิมิตของฟังก์ชันที่จุดใดจุดหนึ่ง

สมมติให้ f เป็นฟังก์ชันค่าเชิงซ้อน แล้วเราจะเขียนว่า

${\displaystyle \lim _{x\to p}f(x)=L}$ 

ได้ ก็ต่อเมื่อ

สำหรับ ε > 0 ใดๆ จะมี δ >0 อย่างน้อย 1 ค่า ซึ่งสำหรับจำนวนจริง x ใดๆ ซึ่ง 0<|x-p|<δ จะได้ |f(x)-L|<ε

นี่เป็นกรณีพิเศษของฟังก์ชันบนปริภูมิอิงระยะทางที่มีทั้ง M และ N เป็นระนาบเชิงซ้อน

ลิมิตของฟังก์ชัน ณ อนันต์

เราจะเขียน

${\displaystyle \lim _{x\to \infty }f(x)=L}$ 

ได้ ก็ต่อเมื่อ

สำหรับ ε > 0 ใดๆ จะมี S >0 ซึ่งสำหรับจำนวนเชิงซ้อน |x|>S ใดๆ เราจะได้ |f(x)-L|<ε

ตัวอย่าง

ฟังก์ชันค่าจริง

${\displaystyle \lim _{x\to 3}x^{2}=9}$	ลิมิตของ x^2 เมื่อ x เข้าใกล้ 3 คือ 9 ในกรณีนี้ ฟังก์ชันนั้นต่อเนื่อง และค่าของมันมีนิยามที่จุดนั้น ค่าลิมิตจึงเท่ากับการแทนค่าฟังก์ชัน
${\displaystyle \lim _{x\to 0^{+}}x^{x}=1}$	ลิมิตของ x^x เมื่อ x เข้าใกล้ 0 จากทางขวาคือ 1
${\displaystyle \lim _{x\to 0}{1 \over x}={\mbox{Undefined}}}$  ${\displaystyle \lim _{x\to 0^{+}}{1 \over x}=+\infty }$	ลิมิตสองด้านของ 1/x เมื่อ x เข้าใกล้ 0 นั้นไม่มีนิยาม ลิมิตของ 1/x เมื่อ x เข้าใกล้ 0 จากทางขวาคือ +∞
${\displaystyle \lim _{x\to 0^{+}}{|x| \over x}=1}$  ${\displaystyle \lim _{x\to 0^{-}}{|x| \over x}=-1}$	ลิมิตด้านเดียวของ |x|/x เมื่อ x เข้าใกล้ 0 คือ 1 จากด้านบวกและคือ -1 จากด้านลบ สังเกตว่า |x|/x = -1 เมื่อ x เป็นลบ และ |x|/x = 1 เมื่อ x เป็นบวก
${\displaystyle \lim _{x\to 0}x\sin {1 \over x}=1}$	ลิมิตของ x sin(1/x) เมื่อ x เข้าใกล้ 0 คือ 0
${\displaystyle \lim _{|x|\to \infty }x^{-a}=0{\mbox{ if }}a\in \mathbb {R} ;a>0;x\in \mathbb {C} }$	ฟังก์ชันยกกำลังที่มีเลขชี้กำลังเป็นลบใดๆ เข้าใกล้ 0 เมื่อขนาดของ x เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไม่มีขอบเขตจำกัด
${\displaystyle \lim _{x\to \infty }{x^{a} \over b^{x}}=0{\mbox{ if }}a,b\in \mathbb {R} ;b>0}$	ฟังก์ชันยกกำลังใดๆ จะมีขนาดลดลงเป็นศูนย์ เทียบกับฟังก์ชันเลขชี้กำลังเพิ่มใดๆ เมื่อ x เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไม่มีขอบเขตจำกัด
${\displaystyle \lim _{x\to \infty }{\log _{b}x \over x^{a}}=0{\mbox{ if }}a,b\in \mathbb {R} ;a>0;b>0}$	ฟังก์ชันลอการิทึมใดๆ จะมีขนาดลดลงเป็นศูนย์ เทียบกับฟังก์ชันยกกำลังที่เป็นบวกใดๆ เมื่อ x เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไม่มีขอบเขตจำกัด
${\displaystyle \lim _{x\to \infty }{a^{x} \over x!}=0{\mbox{ if }}a\in \mathbb {R} }$	ฟังก์ชันเลขชี้กำลังใดๆ จะมีขนาดลดลงเป็นศูนย์ เทียบกับฟังก์ชันแฟกทอเรียลใดๆ เมื่อ x เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไม่มีขอบเขตจำกัด

ฟังก์ชันบนปริภูมิอิงระยะทาง

• ถ้า z เป็นจำนวนเชิงซ้อน โดยที่ |z| < 1 แล้วลำดับ z, z², z³, ... ของจำนวนเชิงซ้อนจะลู่เข้าโดยมีลิมิตเป็น 0 โดยเรขาคณิตแล้ว จำนวนเหล่านี้จะ "เวียนเป็นก้นหอย" เข้าสู่จุดกำเนิด ตามเส้นก้นหอยลอการิทึม
• ในปริภูมิอิงระยะทาง C[a,b] ของฟังก์ชันต่อเนื่องใดๆ ที่นิยามบนช่วง [a,b] โดยมีระยะทางเพิ่มขึ้นจาก Supremum norm สมาชิกทุกตัวสามารถเขียนในรูปของลิมิตของลำดับของ ฟังก์ชันพหุนาม ได้ นี่คือเนื้อหาของ ทฤษฎีบทสโตน-ไวแยร์สตราสส์ (Stone-Weierstrass theorem)

คุณสมบัติ

ประโยค "ลิมิตของฟังก์ชัน f ที่ p คือ L" เหมือนกับประโยค

"สำหรับลำดับลู่เข้า (x_n) ใน M ซึ่งมีลิมิตเท่ากับ pลำดับ (f(x_n)) ลู่เข้าสู่ลิมิต L"

ในกรณีที่ f เป็นฟังก์ชันค่าจริง จะได้ว่า ประโยคนั้นเหมือนกับ "ทั้งลิมิตซ้ายและลิมิตขวาของ f ที่ p คือ L"

ฟังก์ชัน f ต่อเนื่อง ที่ p ก็ต่อเมื่อ เราสามารถหาค่าของลิมิตของ f(x) เมื่อ x เข้าใกล้ p และค่านั้นเท่ากับ f(p) หรืออีกนัยหนึ่ง ฟังก์ชัน f แปลงลำดับใดๆ ใน M ซึ่งสู่เข้าหา p ไปเป็นลำดับ N ซึ่งลู่เข้าหา f(p)

[[[nl:Limiet#Limiet van een functie]]]