ビギナー向け定義 ― 日常言語の枠内で
・「xがx0に近づくとき、f(x)はαに収束する」 f(x)→α (x→x0 )
「xがx0に近づくときのf(x)の極限値はα」 "f has limit A as x approaches a"[Fischer212]
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lim
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f(x)=α
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x→x0
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とは、
変数xが、 f の定義域のなかで、x0 以外の値をとりながら、x0 に限りなく近づくとき、
その接近ルートによらず、 f
(x) も 実数αに限りなく近づく "f approaches A as x approaches x0"[Fischer, p.212]
ということ、
つまり
f の定義域のなかで、x0 以外の《x0に十分近いx》を
選ぶことで、
αに f (x)
を好きなだけ近づけることができるということ[de la Fuente64]。
* 関数f がx0の周囲で定義されているのなら、
関数f がx0で定義されておらず、f
(x0) が存在していなくても、かまわない。
* 「f(x)はx→x0のときαに収束する」「f(x)はx→x0のとき極限値αを持つ」というとき、
「xのx0への接近」 は、
xが決してx0に一致しないという制約下での「xのx0への接近」を意味するが、
「 f
(x) の 実数αへの接近」については、
「 f
(x) が 実数αに一致しない」という制約はなく、
f
(x) が 実数αに一致するケースがあることも
許容している。
* 「f(x)はx→x0のときαに収束する」
「f(x)はx→x0のとき極限値αを持つ」
ということは、
極限値α が f
(x0) に一致することまで主張していない(cf.連続性)。
・ 「xがx0に近づくとき、f(x)が収束する」
「xがx0に近づくときのf(x)の極限値が存在する」"the limit of f(x) as x approaches a exists"[Lang39]
とは、
「 f(x)→α (x→x0 )」 を満たす実数αが存在する
ということ。
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「変数xが、《f
の定義域》のなかで、x0 以外の値をとりながら、x0 に限りなく近づくとき、f
(x) も 実数αに限りなく近づく」ではなく、
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「変数xがx0 に一致してしまうところまでふくめて、変数xが《f
の定義域》のなかでx0 に限りなく近づくとき、f
(x) も 実数αに限りなく近づく」という事態を表す概念については、
「極限」概念の雛形を参照。
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【注意】
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・様々な教科書を手に取って、「x→x0のときf(x)はαに収束する/f(x)の極限値はα」をどのように定義しているか、チェックしていくと、
下記2タイプの教科書が存在することに気づく。
【教科書タイプ1】 「x→x0のときf(x)はαに収束する/f(x)の極限値はα」 を、 「変数xが、《f
の定義域》のなかで、x0 以外の値をとりながら、x0 に限りなく近づくとき、f
(x) も 実数αに限りなく近づく」(→左欄) で定義する教科書。
【教科書タイプ2】 「x→x0のときf(x)はαに収束する/f(x)の極限値はα」 を、 「変数xがx0 に一致してしまうところまでふくめて、変数xが《f
の定義域》のなかでx0 に限りなく近づくとき、f
(x) も 実数αに限りなく近づく」 (→詳細)で定義する教科書。
・【教科書タイプ1】が多数派。しかし、【教科書タイプ2】には、杉浦『解析入門I』[定義2(p.51)定義3(p.52)命題6.4(p.55)]、Lang, Undergraduate Analysis[Chapter2§2(p.39)、赤『実数論講義』[定義6.1.3(p.163);定義6.1.4(pp.166-7)]等の有力タイトルも含まれるので、無視できない。
・両者は、同一の言葉・記号を、別の事態で定義しているので、混乱のもと。 ・このノートでは、
表すことによって、両者を区別する。
・この記法は、Lang,『ラング現代微積分学』2章§2(p.47)や、杉浦『解析入門I』【命題6.4】(p.55)に沿ったつもり。
※なお、f の定義域をDとしたとき、
【教科書タイプ1】が採用する極限定義の意味での「x→x0のときf(x)はαに収束する/f(x)の極限値はα」 f(x)→α (x→x0) は、
【教科書タイプ2】が採用する極限定義の意味での 「 『関数fの D−{x0} への制限』 f * (x)はx→x0のときαに収束する/極限値αを持つ」 f *(x)→α ( x→x0 , x∈D−{x0} ) [赤『実数論講義』定義6.1.3(p.163);定義6.1.4(pp.166-7)]
「 D−{x0}のなかでxがx0に
近づくときf(x)はαに収束する/極限値αを持つ」 f (x)→α ( x→x0 ,
x∈D−{x0} ) [杉浦『解析入門』定義3・注意1(pp.52-54)]
にあたる。
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