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CONTINUIDAD DE UNA FUNCIÓN UNIDAD TEMÁTICA 5 Contenidos Continuidad de una función en un punto Discontinuidades: clasificación Continuidad de una función en intervalos Propiedades de funciones continuas En la naturaleza y en la vida cotidiana se presentan numerosos fenómenos que tienen un comportamiento continuo como por ejemplo el desplazamiento de un vehículo o el volumen del agua que fluye de un recipiente. Pero también se presentan discontinuidades en muchas situaciones, como las corrientes eléctricas. Si bien muchos procesos físicos son continuos, alrededor de 1920 se descubrió que los átomos que vibran en una molécula de hidrógeno pueden oscilar sólo en niveles de energía discretos y que los átomos al ser calentados, emiten luz en frecuencias discretas y no en espectros continuos. Como resultado de estos descubrimientos y dado que en informática y en estadística hacen un intenso uso de funciones discretas, la continuidad ha adquirido una gran importancia1 1 http://www.fca.unl.edu.ar FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 104 - CONTENIDOS TEÓRICOS 5.1 Definición intuitiva Una función es CONTINUA cuando no presenta saltos ni interrupciones Caso contrario la función es DISCONTINUA 5.2 Definición de función continúa en un punto - Una función f es continua en un punto de abscisa c si: a) f (c) b) (x)fl cx ím c) (x)fl cx ím = f (c) FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 105 - 5.3 Definición de función discontinua en un punto Una función f es discontinua en un punto de abscisa c (x = c) si no se verifica por lo menos una de las tres condiciones de continuidad en un punto. 5.4 Tipos de discontinuidades Las discontinuidades se clasifican en: 1) Evitables cuando existe el límite en el punto: Existe f(x) lim cx 2) o Evitables o Inevitables cuando no existe el límite: No Existe f(x) lim cx Pueden presentarse los distintos casos: a) Finitas: cuando existen los límites laterales pero no son iguales b) Infinitas: cuando al menos uno de los límites laterales es +∞ o - ∞ (el límite no existe) Evitable Evitable No evitable finita No evitable infinita 5.5 Definición de función continua en un intervalo abierto Una función f es continua en un intervalo abierto (a, b) si es continua en todos los puntos de ese intervalo Ejemplo: Sea 3 )( x x xf analice la continuidad de f en los intervalos (-1, 4) y (3, 7) El 3 Rdomf . El único valor para la cual la función no está definida es para x = 3. Como 4) (-1, x 3 f es discontinua en (-1, 4). Como (3,7) x 3 f es continua en (3,7). FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 106 - 5.6 Definición de función continua en un intervalo cerrado Una función f es continua en un intervalo cerrado [a, b] si es: i) Continua en todos los puntos del intervalo abierto (a, b). ii) Continua por la derecha de a, es decir a fxf ax )(lim iii) Continua por la izquierda de b, es decir b fxf bx )(lim Ejemplo: Sea 1 x si 1 -x 1x si x xf 1 )( 2 analice la continuidad de f 3, 2 1) Se estudia si f es continua en 3,2 Las funciones 12 xy xy son continuas en todo su dominio o sea en R. Por tanto queda analizar si f es continua en x = 1. 1 x en cont inua esf ent onces xf 1x lim f(1) iii xf 1x lim exist e ent onces exist e xf 1x lim exist e xf -1x lim ii f i) 0)() 0)(011)( 01 2 1)() 01 2 1)1( Por tanto decimos que f es continua en el intervalo abierto (-2, 3), cumpliéndose 5.6.i 2) Se estudia si es continua a la derecha de x = -2 2 -x de derecha la a continua esf entonces x lim ; 2 -f 31 2 )2( 2 31 2 )2()( 3) Se estudia si es continua a la izquierda de x = 3 3x de izquierda la a continua esf entonces x lim ; 3f 213 3 213)( Como se cumplen todas las condiciones, f es continua en [-2, 3] FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 107 - 5.7 Propiedades de funciones continuas Teorema 1 Si )(: xfyf y )(: xgyg son funciones continuas en x = c , también son continuas en c las siguientes funciones: a) )(xf . ky con k constante b) g(x) xf y )( c) g(x) xf y .)( d) 0 g(c) con xg xf y )( )( e) Si g(x) es continua en x = c y )(xf es continua en )(cg , entonces la función compuesta fog es continua en x = c Teorema 2 Las funciones Algebraicas Enteras (polinomiales) son continuas en el conjunto de los números reales. Teorema 3 Las funciones Algebraicas Fraccionarias son continuas para todo valor de x, excepto para aquellos valores que anulan el polinomio denominador. 5.8 Teoremas de funciones continuas en intervalos cerrados Los siguientes teoremas enuncian resultados importantes de funciones continuas en intervalos cerrados que se aplicarán más adelante en el Cálculo Diferencial y en el Cálculo Integral. 5.8.1 Teorema de Bolzano Sean a,b ∈ R con a < b y f una función continua en [a, b], verificando que f(a) < 0 y f(b) > 0 (o f(a)>0 y f(b) < 0). Entonces existe c ∈ (a ,b) tal que f(c) = 0. FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 108 - 5.8.2 Teorema del Valor Intermedio Sea y = f (x) una función continua en el intervalo cerrado [a, b] y k un número cualquiera entre f (a) y f (b), entonces existe al menos un número c en (a, b) tal que f(c) = k 5.7.3 Teorema de Weierstrass Toda función continua en el intervalo cerrado [a, b], tiene al menos un máximo y mínimo absolutos en [a, b].
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