Συνέχεια εκθετικής συνάρτησης με Γ Λυκείου

Συντονιστής: emouroukos

Ιάσων Κωνσταντόπουλος
Δημοσιεύσεις: 251
Εγγραφή: Κυρ Ιαν 28, 2024 10:16 pm
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη

Συνέχεια εκθετικής συνάρτησης με Γ Λυκείου

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ιάσων Κωνσταντόπουλος » Τρί Αύγ 13, 2024 10:53 am

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τα σχολικά μαθηματικά εισάγουν την εκθετική συνάρτηση a^x στο πέμπτο κεφάλαιο του σχολικού βιβλίου της Β Λυκείου.

Η εκθετική συνάρτηση με βάση το 0<a\ne 1 είναι μια πραγματική συνάρτηση πραγματικής μεταβλητής (και μάλιστα η μοναδική) που έχει τις εξής ιδιότητες
(γράφουμε τις απαραίτητες, οι υπόλοιπες γνωστές και καταγεγραμμένες στο σχολικό βιβλίο έπονται):

\bullet f\colon\mathbb{R}\to(0,+\infty)

\bullet f(1)=a

\bullet \forall x\forall y f(x+y)=f(x)\cdot f(y)

\bullet f γνησίως αύξουσα αν και μόνο αν a>1

\bullet f γνησίως φθίνουσα αν και μόνο αν 0<a<1

ΖΗΤΟΥΜΕΝΟ
Λαμβάνοντας υπ' όψιν τις άνωθι παρατιθέμενες ιδιότητες και χρησιμοποιώντας αποκλειστικά και μόνο σχολικά μαθηματικά, να αποδειχθεί ότι η εκθετική συνάρτηση με βάση το a είναι μια συνεχής συνάρτηση.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ
Προσοχή να μη χρησιμοποιηθούν εκ παραδρομής αποτελέσματα που αφορούν την εκθετική συνάρτηση τα οποία προκύπτουν με παραγώγους.
τελευταία επεξεργασία από Ιάσων Κωνσταντόπουλος σε Παρ Αύγ 16, 2024 6:12 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


Φιλόλογος τυπικών γλωσσών

Λέξεις Κλειδιά:
math800
Δημοσιεύσεις: 14
Εγγραφή: Τετ Απρ 17, 2024 9:45 pm

Re: Συνέχεια εκθετικής συνάρτησης με Γ Λυκείου

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από math800 » Τρί Αύγ 13, 2024 12:27 pm

Αρχικά δείχνουμε ότι είναι συνεχής στο 0 και μετά παντού. Το βασικό βήμα για την απόδειξη στο 0 μπορεί να βρεθεί στον απειροστικό λογισμό των Νεγρεπόντη - Γιωτόπουλου - Γιαννακούλια , τόμος 1 σελ. 47 , πρόταση 4.14 (iii). Είναι σχολικής εμβέλειας και χρησιμοποιεί την ανισότητα Bernoulli και το κριτήριο παρεμβολής.

Για τη συνέχεια στο τυχαίο x_0 \in \mathbb{R} , πρέπει να δείξουμε ότι  \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} f(x) = f({x_0}) . Θέτουμε y=x-x_0 και έχουμε

\begin{gathered} 
  \mathop {\lim }\limits_{x \to {x_0}} f(x)\mathop  = \limits_{y \to 0}^{y = x - {x_0}} \mathop {\lim }\limits_{y \to 0} f\left( {{x_0} + y} \right) = \mathop {\lim }\limits_{y \to 0} \left[ {f\left( {{x_0}} \right)f\left( y \right)} \right] =  \hfill \\ 
   = f\left( {{x_0}} \right)\mathop {\lim }\limits_{y \to 0} f\left( y \right) = f\left( {{x_0}} \right)f\left( 0 \right) = f\left( {{x_0}} \right) \hfill \\  
\end{gathered}

όπως θέλαμε.

Σημείωση: Η ανισότητα Bernoulli κάποτε διδασκόταν στη Γ λυκείου στην 1η δέσμη. Την έχει χρησιμοποιήσει εδώ ο κύριος Λάμπρου σε παρόμοιο θέμα.


Ιάσων Κωνσταντόπουλος
Δημοσιεύσεις: 251
Εγγραφή: Κυρ Ιαν 28, 2024 10:16 pm
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη

Re: Συνέχεια εκθετικής συνάρτησης με Γ Λυκείου

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ιάσων Κωνσταντόπουλος » Τρί Αύγ 13, 2024 5:54 pm

math800 έγραψε:
Τρί Αύγ 13, 2024 12:27 pm
Το βασικό βήμα για την απόδειξη στο 0 μπορεί να βρεθεί στον απειροστικό λογισμό των Νεγρεπόντη - Γιωτόπουλου - Γιαννακούλια , τόμος 1 σελ. 47 , πρόταση 4.14 (iii)
Αν είναι εύκολο, σκιαγραφείστε, έστω επιγραμματικά, την τεχνική στην οποία αναφέρεστε:
\bullet αφ' ενός για χάρη των μη εχόντων ευχερή πρόσβαση στην εν λόγω βιβλιογραφική αναφορά
\bullet αφ' ετέρου γιατί το πρώτο βήμα της απόδειξης, ήτοι της συνέχειας σε ένα σημείο (στο x_o=0 εν προκειμένω) είναι το πρωτεύον ζητούμενο του παρόντος νήματος.

Ακολουθεί μια λυση ακόμη

Θα εξετάσουμε μόνο την εκδοχή a>1 (η σύνθεση της a^x με την g(x)=-x κατόπιν διευθετεί την απόδειξη της συνέχειας της περίπτωσης 0<a<1)

\bullet Η συνέχεια στο x_o=0 μπορεί να αποδειχθεί με την ακόλουθη ανισότητα η οποία αποδεικνύεται σε αυτήν την ανάρτηση για a=2 (με τεχνική άμεσα γενικεύσιμη για 1<a\ne2).

0 < a^x-1< (a-1)\cdot\dfrac{x}{1-x} για 0<x<1
οπότε με το κριτήριο παρεμβολής \lim\limits_{x\to0^+}a^x=1

Από την τελευταία ανισότητα θέτοντας όπου x το -x βρίσκουμε
0 < 1-a^x< (a-1)\cdot\dfrac{-x}{1+x} για -1<x<0
οπότε με το κριτήριο παρεμβολής \lim\limits_{x\to0^-}a^x=1

\bullet Για τη συνέχεια όταν x_o\ne0 μπορεί κανείς να δει το ποστ #2 του παρόντος νήματος \blacksquare
τελευταία επεξεργασία από Ιάσων Κωνσταντόπουλος σε Τρί Αύγ 13, 2024 7:00 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


Φιλόλογος τυπικών γλωσσών
math800
Δημοσιεύσεις: 14
Εγγραφή: Τετ Απρ 17, 2024 9:45 pm

Re: Συνέχεια εκθετικής συνάρτησης με Γ Λυκείου

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από math800 » Τρί Αύγ 13, 2024 6:24 pm

Ιάσων Κωνσταντόπουλος έγραψε:
Τρί Αύγ 13, 2024 5:54 pm
math800 έγραψε:
Τρί Αύγ 13, 2024 12:27 pm
Το βασικό βήμα για την απόδειξη στο 0 μπορεί να βρεθεί στον απειροστικό λογισμό των Νεγρεπόντη - Γιωτόπουλου - Γιαννακούλια , τόμος 1 σελ. 47 , πρόταση 4.14 (iii)
Αν είναι εύκολο, σκιαγραφείστε, έστω επιγραμματικά, την τεχνική στην οποία αναφέρεστε:
\bullet αφ' ενός για χάρη των μη εχόντων ευχερή πρόσβαση στην εν λόγω βιβλιογραφική αναφορά
\bullet αφ' ετέρου γιατί το πρώτο βήμα της απόδειξης, ήτοι της συνέχειας σε ένα σημείο (στο x_o=0 εν προκειμένω) είναι το πρωτεύον ζητούμενο του παρόντος νήματος.

Στην εν λόγω πρόταση αποδυκνείεται ότι \mathop {\lim }\limits_{n \to  + \infty } {a^{1/n}} = 1 για κάθε a>0 , από την οποία μπορούμε να οδηγηθούμε στο \mathop {\lim }\limits_{x \to 0} {a^x} = 1.


Απάντηση

Επιστροφή σε “Ανάλυση”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 5 επισκέπτες