Limit ve süreklilik: yaklaşım ile nokta değerini ayırma
Konunun mantığı
Limit, x bir a sayısına yaklaşırken f(x) değerlerinin davranışını anlatır; x=a yerine koyma işlemiyle özdeş değildir. Yaklaşımda x≠a alınır ve x, fonksiyonun tanım kümesinde kalmalıdır. a noktasına istenildiği kadar yakın başka tanım elemanları yoksa bu dersin yaklaşım incelemesini orada kurmayız; yalıtılmış tek bir değerden limit sonucu çıkarmayız. Bu girişte sonsuz limitleri değil, sonlu gerçek limitleri ele alıyoruz.
Soldan yaklaşımda x<a, sağdan yaklaşımda x>a seçilir. Her iki taraftan yaklaşılabilen iç noktada iki taraflı limit L ise sağ ve sol limitlerin ikisi de L olmalıdır. Sağda 6, solda 2 bulunması ortalama 4 limitini vermez; iki taraflı limit yoktur. Burada iki taraflı limit sözü iki yönün de mevcut olduğu okul kullanımındadır. Tanım kümesi [a,b] ise a ucunda yalnız sağdan, b ucunda yalnız soldan yaklaşımı ayrıca adlandırırız; var olmayan taraftan değer üretmeyiz.
Polinomlarda a yerine koymak limiti verir. Rasyonel ifadede payda a noktasında sıfır değilse aynı işlem yapılabilir. Pay ve payda birlikte sıfıra gidiyorsa 0/0 bir sayı veya sonuç değil, bu doğrudan işlemin karar vermediğini gösteren biçimdir. Çarpanları ayırmak, yalnız x≠a koşulunda ortak çarpanı sadeleştirmek veya eşlenikle düzenlemek yakın çevrede eşit başka bir ifade verebilir. Bu eşitlik, başlangıç fonksiyonuna a noktasında kendiliğinden değer eklemez.
Bir iç noktada süreklilik için f(a) tanımlı olmalı, iki taraflı limit var olmalı ve bu limit f(a) ile aynı olmalıdır. Tek bir noktadaki değeri değiştirmek yaklaşım limitini değiştirmez fakat sürekliliği bozabilir. a tanım kümesinde değilse mevcut fonksiyonun orada sürekli olduğunu söylemeyiz; o noktayı ekleyen bir genişletmenin sürekli olup olamayacağını sorarız. Kapalı aralık ucunda sürekliliği tanım kümesine göre, mevcut tek taraflı limitin uç değerine eşitliğiyle inceleriz; bunu olmayan taraftan limit bulundu diye sunmayız.
Tablo ve grafik fikir verebilir ama sonlu sayıda yakın değer bütün yaklaşım davranışını kanıtlamaz. Hesapta önce alanı ve yaklaşım yönünü, sonra yakın çevrede geçerli ifadeyi, en son nokta değerini kaydetmek karışıklığı azaltır. Bir boşluğun sürekli doldurulabilmesi için yaklaşım limitinin tek bir sonlu değer vermesi gerekir; sağ ve sol farklıysa tek bir nokta değeriyle sıçrama giderilemez. Bu dar ders tüm limit kurallarını, trigonometrik limitleri veya sonsuzdaki limitleri tamamlamaz.
Limit yakın çevreyi, f(a) tek noktayı anlatır. İki taraftan yaklaşılabilen yerde sağ=sol gerekir. Süreklilik ayrıca tanımlılık ve limit=f(a) ister; uçta yalnız mevcut yaklaşım yönü kullanılır.
Adım adım bir örnek
g:ℝ∖{4}→ℝ, g(x)=(x²−16)/(x−4). x→4 limiti nedir? Tanıma g(4)=c eklenerek sürekli bir G:ℝ→ℝ elde edilirse c kaç olmalıdır?
Yakın çevrede çarpan ayırma
- x²−16=(x−4)(x+4). x≠4 iken g(x)=x+4.
- x+4, 4 çevresinde sürekli olduğundan iki yönlü yaklaşım değeri 8 olur.
- Başlangıçta g(4) yoktur. G için süreklilik ancak c=8 ile sağlanır.
Sınır: Sadeleştirme x=4 girdisini ilk tanım kümesine eklemez; eşitlik yalnız x≠4 içindir.
Yaklaşım farkını yeni değişkenle izleme
- x=4+h yaz; yaklaşımda h≠0 ve h→0.
- g(4+h)=[(4+h)²−16]/h=(8h+h²)/h=8+h.
- Çıktının 8 değerinden farkı h olduğundan her iki yönde fark sıfıra yaklaşır; genişletme değeri 8 olmalıdır.
Sınır: Bu cebir bütün sıfır olmayan h için geçerlidir; yalnız birkaç sayısal değer tablosuna dayanmıyor.
İki yol da hangi adımda sıfır olmayan çarpanı kullanıyor? Bu adım g(4) değerini neden üretmiyor?
Hatayı bul
Bir öğrenci örnekte (x−4) çarpanını sadeleştirip “g(4)=8, dolayısıyla başlangıç g fonksiyonu 4 noktasında süreklidir” diyor. İlk hata nedir?
İlk hatayı göster
İlk hata: x≠4 koşuluyla yapılan sadeleştirmeden x=4 için tanımlılık çıkarmak.
Başlangıç tanım kümesi ℝ∖{4} kalır ve g(4) yoktur. Limit 8 bulunur; ancak 4 girdisini ve G(4)=8 değerini ekleyen yeni G fonksiyonu orada sürekli olur.
Örnekteki G(4)=8 değeri 11 yapılır; diğer bütün girdilerde kural aynı kalırsa limit ve süreklilik nasıl değişir? Sağ/sol limitler farklı olsaydı tek bir değer seçmek yeter miydi?
4 çevresinde x≠4 değerleri değişmediği için limit yine 8 olur; G(4)=11 olduğundan süreklilik bozulur. Sağ ve sol farklıysa hangi tek değer seçilirse seçilsin iki taraflı limit oluşmaz; nokta değeriyle sıçrama giderilemez.
Dersin soruları
1f:ℝ→ℝ; x≠−2 için f(x)=(x²+x−2)/(x+2), x=−2 için f(−2)=5. (lim[x→−2]f(x), f(−2)) sıralı ikilisi hangisidir?
Bu soruda hata mı var?2f:ℝ→ℝ; x<1 için f(x)=2x+1, x=1 için f(1)=b, x>1 için f(x)=ax+2. f, x=1 noktasında sürekli ise (a,b) hangisidir?
Bu soruda hata mı var?3g:[1,∞)→ℝ, g(x)=√(x−1). Bu derste iki taraflı limit yalnız iki yönden de yaklaşılabilen noktada; uç sürekliliği ise tanım kümesindeki yaklaşım yönüyle ele alınıyor. x=1 için hangisi doğrudur?
Bu soruda hata mı var?Kendini dene
Tüm soruları cevapla. Bitirince puanını ve zorlandığın noktaları göreceksin.
1Bir f fonksiyonu için lim[x→3⁻] f(x)=4, lim[x→3⁺] f(x)=6 ve f(3)=1 bilinmektedir. x→3 için iki taraflı limit hakkında hangisi doğrudur?
2x≠2 için f(x)=(x²+ax−10)/(x−2) tanımlıdır ve lim[x→2] f(x) sonlu bir gerçek sayıdır. a ve bu limit hangisidir?
3f:[0,3]∪{5}→ℝ, f(x)=x² olarak tanımlıdır. Bu dersteki yaklaşım kurallarına göre hangisi doğrudur?
4x=2 çevresinde üç fonksiyon veriliyor. A(x)=(x²−4)/(x−2), x≠2 (A(2) tanımsız). B(x)=x+1 (x<2), B(x)=2x (x≥2). C(x)=x²−1 (x≠2), C(2)=0. Yalnız x=2 noktasındaki değeri tanımlayarak ya da değiştirerek hangileri x=2’de sürekli yapılabilir?
5f:[0,4]→ℝ; 0≤x<2 için f(x)=(x²−4)/(x−2), f(2)=a, 2<x<4 için f(x)=x+b ve f(4)=c veriliyor. f, tanım kümesindeki her noktada sürekli ise (a, b, c) hangisidir?
6x≠4 için f(x)=(√x−2)/(x−4) tanımlıdır ve f(4)=c verilmiştir. f, x=4’te sürekli ise c kaçtır?
7x<2 için g(x)=x²−k, x>2 için g(x)=5−2x kuralı veriliyor. g’ye x=2 için bir c değeri eklenerek x=2’de sürekli bir fonksiyon elde edilmek isteniyor. Bu mümkün olsun diye (k, c) ne olmalıdır?
8x<1 için f(x)=(x²−1)/(x−1), f(1)=5 ve x>1 için f(x)=ax+1 veriliyor. lim[x→1] f(x) var olacak şekilde a kaçtır?
9P=lim[x→1] (x²−1)/(x+1), Q=lim[x→−1] (x²−1)/(x+1), R=lim[x→1] (x²−1)/(x−1) olduğuna göre (P, Q, R) üçlüsü hangisidir?
10Bir öğrenci x→2 davranışı için f(x)=2x kuralı geçerliyken şu tabloyu yazıyor: x=1,9; 1,99; 1,999 için f=3,8; 3,98; 3,998; x=2,1; 2,01; 2,001 için f=4,2; 4,02; 4,002. f(2)=7 verilmiştir. Hangisi doğrudur?
Aklında kaldı mı?
İç noktada sonlu iki taraflı limitin varlığı ile sürekliliğin farkı nedir?
Limit için yakın çevrede sağ ve sol aynı sonlu değere gitmelidir; süreklilik ayrıca f(a) tanımlı ve bu limite eşit olmasını ister.
Kapalı aralıkta sol uç sürekliliği için olmayan sol taraftan limit gerekir mi?
Hayır. Tanım kümesine göre uç sürekliliğinde sağdan limit f(a) ile karşılaştırılır; sol tarafta yaklaşılabilir nokta varmış gibi davranılmaz.
Kaynak ve kontrol durumu
Bu ders Hepnot için hazırlandı; üçüncü taraf soru kitabından soru veya görsel aktarılmadı. Bu, başka içerikle benzerlik olmadığının garantisi değildir.
Branş editörü incelemesi ve müfredat eşleştirmesi sürüyor; bu nedenle ders taslak olarak işaretlidir.
Müfredat için başvurulacak kaynak: MEB öğretim programları.