Matematika va informatika

II BOB. YAQINLASHUVCHI VA UZOQLASHUVCHI CHEKSIZ KO’PAYTMALAR VA ULARNING ANALITIK FUNKSIYALARGA TADBIQLARI
2.1. Yaqinlashuvchi va uzoqlashuvchi cheksiz ko’paytmalar
Shunday qilibnisbat х=0 nuqtada har xil bir tomonlama limitlarga ega. Bu
nuqtada limitga emasligini, ya‘ni f '0 hosilaning mavjud emasligini ko’rsatadi.
Demak, funksiyaning biror nuqtada uzluksizligidan uning shu nuqtada chekli
hosilaga ega ekanligi(differensiallanuvchiligi) kelib chiqmas ekan.
Differensiallashning asosiy qoidalari. teorema. Agar ux va vx funksiyalar x0 nuqtada differensiallanuvchi bo’lsa, u holda ularning algebraik yig’indisi, ko’paytmasi va mahraji noldan farqli bo’lganda bo’linmasi ham shu nuqtada differensiallanuvchi bo’lib, hosilalar а) u  v' u'v' , b) uv' u'v uv'
formulalar yordamida topiladi.
Isbot. (Bo’linma uchun). y  f (x)  bo’lsin, bu yerda vx 0 y orttirmani tuzamiz:
Murakkab funksiyani differensiallash qoidasi bilan tanishamiz. y  f (u),
u(x) murakkab funksiyani qaraymiz.
3-teorema. y  f (u) va u (x) differensiallanuvchi funksiyalar bo’lsin.
Murakkab f (u) funksiyaning erkli o’zgaruvchi х bo’yicha hosilasi bu
funksiyaning oraliq argumenti u bo’yicha hosilasi yu' ning oraliq argumentning
erkli o’zgaruvchi х bo’yicha hosilasi u'(x) ga ko’paytmasiga teng, ya‘ni
y'x0 f 'u0u'x0 yx'  yu' ux' yerda differensiallanuvchi u(x) funksiya uzluksiz va x 0 da u 0 ni hisobga oldik.
Teskari funksiya va uning hosilasi. a; b kesmada aniqlangan o’suvchi yoki kamayuvchi y  f (x) funksiyani qaraymiz. f a c , f b d bo’lsin. Aniqlik uchun y  f (x) funksiyaa; b kesmada o’suvchi deb faraz qilamiz. a; b kesmaga tegishli ikkita har xil x1 va x2 nuqtani x1  x2 y1  f x1y2  f x2 y1  y2 Demak, argumentning ikkita har xil x1 va x2 qiymatlarga funksiyaning ikkita
har xil y1 va y2 qiymatlari mos keladi. Buning teskarisi ham to’g’ri, ya‘ni y1  y2
bo’lib, y1  f x1, y2  f x2bo’lsa, o’suvchi funksiya ta‘rifidan x1  x2 bo’lishi
kelib chiqadi.
Boshqacha aytganda х ning qiymatlari a; b kesma bilan у ning qiymatlari
c; d kesma orasida o’zaro bir qiymatli moslik o’rnatiladi. у ni argument, х ni
esa funksiya sifatida qarab х ni у ning funksiyasi sifatida hosil qilamiz:
x (y).
Bu funksiya berilgan y  f (x) funksiyaga teskari funksiya deyiladi.
Kamayuvchi funksiya uchun ham shunga o’xshash mulohaza yuritish mumkin.
Shuni aytish lozimki, y  f (x) funksiyaning qiymatlari sohasi c; d unga teskari
x (y) funksiyaning aniqlanish sohasi bo’ladi va aksincha. x (y) funksiya
uchun y  f (x) funksiya teskari funksiya bo’lgani uchun x (y) va y  f (x)
funksiyalar o’zaro teskari funksiyalar deb ataladi.
y  f (x) funksiyaga teskari funksiya y  f (x) tenglamani х ga nisbatan
yechib topiladi. O’zaro teskari funksiyalarning grafigi 0ху tekisligidagi bitta egri
chiziqni ifodalaydi.
5-misol. y  x3 funksiyaga teskari funksiya topilsin.
Yechish. Bu funksiya butun sonlar o’qida aniqlangan va o’suvchi. Tenglikni
х ga nisbatan yechsak berilgan funksiyaga teskari x  3 y funksiya hosil bo’ladi.
Har qanday funksiya ham teskari funksiyaga ega bo’lavermaydi. Masalan
y  x funksiya , intervalda teksari funksiyaga ega emas, chunki у ning
har bir musbat qiymatiga х ning ikkita x   y va x  y qiymatlari mos keladi.
Agar y  x2 funksiyani ,0 intervalda qaralsa funksiya x   y teskari
funksiyaga ega, chunki у ning har bir musbat qiymatiga х ning yagona y  x2
tenglikni qanoatlantiradigan qiymati mos keladi.
Shuningdek y  x2 funksiyani 0, oraliqda qarasak unga teskari x  y
funksiya mavjud bo’ladi.
y  f (x) x (y) y  f (x) y (x) funksiyalarni grafigini bitta koordinatalar sistemasida chizsak grafik
birinchi koordinatalar burchagining bissektrisasiga nisbatan simmetrik bo’ladi.
4-teorema. Agar o’suvchi (kamayuvchi) y  f (x) funksiya a; b kesmada
uzluksiz, shu bilan birga f a c , f b d bo’lsa, u holda unga teskari x (y)
funksiya c; d(d; c) kesmada aniqlangan monoton va uzluksiz bo’ladi.
x (y) y  f (x) 5-teorema. Agar x (y) funksiya biror intervalda monoton bo’lib shu intervalning y nuqtasida noldan farqli '(y) hosilaga ega bo’lsa, bu nuqtaga mos х nuqtada teskari y  f (x) funksiya ham hosilaga ega bo’lib,
bo’ladi.
Isboti. Shartga binoan x (y) funksiya monoton va differensiallanuvchi
bo’lgani uchun u uzluksiz hamda unga teskari monoton va uzluksiz y  f (x)
funksiya mavjud. х ga x  0 orttirma bersak y  f (x) funksiya y orttirma oladi
va uzluksizligini nazarga olsak x 0 da y 0. Natijada y  ko’rinishda yozish mumkin. Shunday qilib, teskari funksiyaning hosilasi shu funksiya hosilasiga teskari miqdorga teng ekan.
х va у o’zgaruvchilar orasidagi funktsional bog’lanish F(х,у)=0 tenglama
bilan berilgan bo’lsin. Agar qandaydir (а, b) intervalda aniqlangan у=f(х)
funksiya mavjud bo’lib, u F(х,у)=0 tenglamani qanoatlantirsa, u holda у=f(х)
funksiya F(х,у)=0 tenglama bilan aniqlangan oshkormas funksiya deyiladi.
Funksiya у=f(х) tenglik yordamida berilganda y oshkor ko’rinishda berilgan
deyiladi. Oshkor ko’rinishda berilgan funksiyani у-f(х)=0 ko’rinishda yozilsa y
oshkormas ko’rinishda berilganga o’tiladi. Funksiya F(х,у)=0 tenglama yordamida
oshkormas shaklda berilganda tenglamani у ga nisbatan yechilsa funksiyaning
oshkor ko’rinishdagi tenglamasi hosil bo’ladi. Ammo bunday o’tish har doim ham
oson bo’lavermaydi, ba‘zan esa umuman o’tishning iloji bo’lmaydi.
Shuning uchun oshkormas funksiya hosilasini uni oshkor holga keltirmasdan
topish usuli bilan misollarda tanishamiz.
1-misol х2+у2=4 tenglama bilan berilgan funksiyaning y hosilasini toping.
Yechish. Berilgan tenglamani у ni х ning funksiyasi ekanligini hisobga olgan
holda x bo’yicha differensiallaymiz: (х2 )’+(у2 )=4; 2х+2у. y=0,
х  у у  0 .
2-misol. у4-4ху+х4=0 tenglama bilan berilgan funksiyaning y hosilasini
toping.
Yechish. Differesiallaymiz: 4у3  у  4(ху  х  у)  4х3  0; у3  у  у  ху  х3;
Biz kelgusida oshkormas funksiyaning hosilasini topishga yana qaytamiz.
Shuning uchun bu yerda uni batafsil o’rganib o’tirmaymiz.
Funksiyaning parametrik berilishi va parametrik berilgan
funksiyaning hosilasi. tenglamalar berilgan bo’lsin. Bu yerda t Т1,Т2  kesmadagi qiymatlarni qabul qiladi. t ning har bir qiymatiga х va у ning aniq qiymatlari to’g’ri keladi.
Agar x va y ni 0ху koordinata tekisligidagi nuqtaning koordinatalari deb qaralsa, u holda t ning har bir qiymatiga tekislikning ma’lum bir nuqtasi to’g’ri keladi. t ning qiymatlari Т1 dan Т2 gacha o’zgarsa, bu nuqta tekislikda biror egri chiziqni chizadi. (1) tenglamalar ana shu egri chiziqning parametrik tenglamalari deyiladi, t parametr deyiladi.
Bu egri chiziq qandaydir у=f(х) funksiyaning grafigi bo’lsa, u holda
у=f(х) funksiya (1) parametrik tenglamalari yordamida berilgan deyiladi. х bilan у
orasidagi bog’lash (1) tenglamalardan t ni yuqotish orqali o’rnatiladi.
Faraz qilaylik, x  t funksiya t  x teskari funksiyaga ega bo’lsin.
U holda t  x ni (1) ning ikkinchi tenglamasiga qo’ysak у ni х ning
funksiyasi sifatida aniqlaydigan у=[Ф(х)] yoki у=f(х)
tenglikka ega bo’lamiz.
Shunday qilib (1) tenglamalar qandaydir у=f(х) funksiyani aniqlar ekan.
ega to’g’ri chiziqning parametrik tenglamalari yozilsin.
Yechish. Bu to’g’ri chiziqning kanonik tenglamasi
to’g’ri chiziqning parametrik tenglamalari hosil bo’ladi. tenglamalar aylananing parametrik tenglamalari ekanini ko’rsatamiz. Tenglamalarni kvadratga ko’tarib qo’shsak х2+у2=R2cos2t+R2sin2t= R2(cos2t+sin2t)=R2 yoki х2+у2=R2 hosil bo’ladi. Bu markazi koordinata boshida bo’lib radiusi R
ga teng aylananing kanonik tenglamasi ekani ma‘lum.
tenglamalar ellipsning kanonik tenglamalari ekanini ko’rsatamiz. Tenglamalarni
birinchisini а ga, ikkinchisini b ga bo’lib ularni,
ko’rinishda yozamiz. Bu tenglamalarni kvadratga ko’tarib qo’shsak bilan berilgan funksiyaning hosilasini topish uchun formula chiqaramiz.(t) , t funksiyalar differensiallashuvchi hamda x=(t) funksiya t=ф(х) teskari funksiyaga ega deb faraz qilamiz. U holda у (t), t  ф(х) bo’lgani uchun у х ning murakkab funksiyasi bo’ladi, t-oraliq argument.