n変数関数の極限の定義:トピック一覧  

  ・定義: n変数関数、 n変数関数の収束・極限値/∞への発散/−∞への発散 
  
・定義: n変数関数の収束と点列数列の収束の関連 

※n変数関数の諸概念関連ページ: n変数関数の諸属性/ n変数関数の極限の性質/ n変数関数の連続性/偏微分/全微分/ 
※
n変数関数の極限の具体例:1変数関数の収束・極限値/2変数関数の収束・極限値/ 
※n変数関数の極限の一般化:実数値関数の極限/ベクトル値関数の極限/距離空間のあいだの写像の極限  
 
→総目次

定義:n変数関数 

定義

n変数関数ないし多変数関数とは、
「
n個の実数の組(x1,x2,…,xn)に対して、実数yを対応づける規則」
「
n次元空間Rnの点集合(定義域)に属す各点にたいして、実数yを対応づける規則」
「
n次元空間Rnの部分集合から、実数体Rへの、写像」
のこと。

[文献]
西村『経済数学早分かり』3章§1.1関数とは(p.104)
小平
『
解析入門�U』§6.4(p309);
笠原『微分積分学』1.4(pp.22-3)。
杉浦『
解析入門I』I§6(p.50);
黒田『微分積分学』8.2.1(p.276);
��木『解析概論』8.函数(p.19)

ベクトル
表現

n個の実数の組(x1,x2,…,xn)とは、実n次元数ベクトルのことにほかならないから、
n変数関数・多変数関数とは、
「
実n次元数ベクトルx=(x1,x2,…,xn)にたいして、実数yを対応づける規則」。
「
実n次元数ベクトル空間Rnの部分集合(「定義域」)の各元に対して、実数体Rの元を対応づける規則」
「
実n次元数ベクトル空間Rnの部分集合から、実数体Rへの、写像」
などといっても同じ。

記号

・y=f (x1,x2,…,xn) 
・
y=f (x)  [ただし、xは、実n次元数ベクトルx=(x1,x2,…,xn)を表すとする]
・定義域A⊂Rnとして、  
   
f : A→R  

関連

n変数関数の諸属性/極限/連続性/偏微分/全微分/矩形上の積分/点集合上の積分 

定義:n変数関数の収束convergence・極限値limit 

→はじめに読むべき定義/ε-δ論法による定義/近傍概念による定義 

はじめに
読むべき
定義

「 n次元空間Rn上の点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する」
「 n次元空間Rn上の点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の極限値は実数cである」
    f ( P )→c ( P → A ) 
    
f ( x1 , x2 ,…, xn )→c ( x1→a1 , x2→a2 ,… ,xn→an ) 
             
      
     
     
とは、
点P(x1,x2,…,xn)を、点A(a1,a2,…,an)と一致させることなく点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
点P(x1,x2,…,xn)の点A(a1,a2,…,an)への接近経路にかかわらず、
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の値が同じ1つの実数値cに近づくことをいう。
※留意点  
   
(1)極限の定義において、点Pと点Aが一致することは除外している。  
     
点Aが関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の定義域に含まれているとは限らない。 
   
(2) 点Pの点Aへの接近経路によって、
     
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が近づく値が異なるときには、
     「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
        
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)がcに収束しない」
    
 「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
        
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)に極限値は存在しない」という。 
※この定義は一見わかりやすい。
 ところが、「近づく」とはいかなる事態を指すのか、という点が、
 明らかにされておらず、
 この「収束」「極限」定義は、実のところは不正確で、
 証明での使用に耐えられない。
 そこで、
 「近づく」の意味を明確化するために、
 「収束」「極限」概念は、次のように厳密に定義される。 

[具体例]
・1変数関数の収束・極限値
・2変数関数の収束・極限値

[一般化]
・実数値関数の極限
・
ベクトル値関数の極限
・
距離空間のあいだの写像の極限

[活用例]
n変数関数の連続性/偏微分 

[文献]
杉浦
『
解析入門I』I§6定義2-3(pp.51-2);
笠原『微分積分学』1.4[2](p.28);
黒田『微分積分学』定義8.6(p.277);
��木『解析概論』9極限(p.20)

→「n変数関数の収束・極限の定義」先頭

厳密な
定義:
ε
-δ
 論法

「 n次元空間Rn上の点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する」
「 n次元空間Rn上の点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の極限値は実数cである」
    f ( P )→c ( P → A )  f ( x1 , x2 ,…, xn )→c ( x1→a1 , x2→a2 , xn→an ) 
             
       
     
     
とは、
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δをとると、
  0<
d( P, A )<δ ⇒ d ( f (P), c )<ε   
が成り立つ
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )(0< d ( P, A )<δ⇒ d ( f (P), c )<ε ) 
となる。
*
d ( P, A )は、 n次元空間Rn上での点P(x1,x2,…,xn)と点A(a1,a2,…,an)との距離を、
 
d ( f (P), c )は、R上のf (P)とcとの距離| f (P)−c|を表す。 

[文献]
小平『
解析入門�U』p.259;
笠原『微分積分学』1.4[2](p.28);
吹田新保『理工系の微分積分学』pp.158-159.
高橋『経済学とファイナンスのための数学』p. 143;
��木『解析概論』9極限(p.20)

※ユークリッド距離が定められたユークリッド空間Rnにおける極限概念     
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)、すなわち、「 n次元空間Rnの部分集合から、実数体Rへの、写像」について、
 収束・極限を扱う際には、
 特別な目的がない限り、
 
n次元空間Rn上の距離をユークリッド距離で定めて、 n次元空間Rnをユークリッド空間Rnとし、 
 
実数体Rの距離をユークリッド距離で定めて、Rを1次元ユークリッド空間Rとする、
 設定のもとで考えるのが普通。 
 この設定下では、
    
 
    
d ( f (P), c )=| f (P)−c|=| f (x1,x2,…,xn)−c|  
 だから、
 「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する」
 
「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の極限値は実数cである」
 の定義は、具体的には
  ┌
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、
  |ある
正の実数δが存在して、
  |   「 

  |          
ならば  | f (x1,x2,…,xn)−c|<ε 」  
  └を成り立たせる
 
(∀ε>0)(∃δ>0)(∀x1,x2,…,xn∈R)(⇒| f (x1,x2,…,xn)−c|<ε)
 となる。

※n次元数ベクトル空間の上に定義されたユークリッド空間R2における極限概念     
 
n次元空間Rnにベクトルの加法・スカラー乗法・自然な内積(標準内積)・ユークリッドノルム‖‖が定義されており、
 
n次元空間Rnを実n次元数ベクトル空間・計量実ベクトル空間・ノルム空間として扱える場合、
 
任意の実n次元数ベクトルx, y∈Rnのユークリッド距離は‖x−y‖ と表せる。
 このユークリッド距離を定義した
ユークリッド空間Rnのもとでは、 
 
d( P, A )=‖P−A‖   
 だから、
 「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する」
 
「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の極限値は実数cである」
 の定義は、具体的には
  ┌
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、
  |ある
正の実数δが存在して、
  |   「 0<
‖P−A‖<δ ならば  | f (P)−c|<ε 」 
  |          
  └を成り立たせる
  (
∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<‖P−A‖<δ⇒| f (P)−c|<ε ) 
 と表せる。   
 ただし、上記の
Pは、「点P(x1,x2,…,xn)」を表す実n次元数ベクトル(x1,x2,…,xn)、
     上記のAは、「点A(a1,a2,…,an)」を表す実n次元数ベクトル(a1,a2,…,an)
 である。   

→「n変数関数の収束・極限の定義」先頭

近傍を
用いた
定義

「 n次元空間Rn上の点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する」
「 n次元空間Rn上の点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の極限値は実数cである」
    f ( P )→c ( P → A )  f ( x1 , x2 ,…, xn )→c ( x1→a1 , x2→a2 , xn→an ) 
             
       
     
     
とは、
 
実数cの任意の(どんな)「R上のε近傍Uε(c)」に対して(でも)、
 ある「
Rn上の点Aの除外δ近傍U*δ(A)」が存在して、
     
f ( U*δ(A) ) ⊂Uε(c) 
 を満たす
ということ。
この定義を別の表現でいうと、
 
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δが存在して、
        「 
f ( U*δ(A) ) ⊂Uε(c)  」
    すなわち「 
(x,y)∈ U*δ(A) ならば、 f(x,y) ∈Uε(c)」
 を成り立たせる、
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀Uε(c))(∃ U*δ(A) )( f ( U*δ(A) ) ⊂Uε(c) ) 
(
∀ε>0)(∃δ>0)( f ( U*δ(A) ) ⊂Uε(c) ) 
(
∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )( P∈ U*δ(A) ⇒ f (P) ∈Uε(c)) 
となる。

[文献]
笠原『
微分積分学』1.4[2](p.28);

※ユークリッド距離が定められたユークリッド空間Rnにおける極限概念     
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)、すなわち、「 n次元空間Rnの部分集合から、実数体Rへの、写像」について、
 収束・極限を扱う際には、
 特別な目的がない限り、
 
n次元空間Rn上の距離をユークリッド距離で定めて、 n次元空間Rnをユークリッド空間Rnとし、 
 
実数体Rの距離をユークリッド距離で定めて、Rを1次元ユークリッド空間Rとする、
 設定のもとで考えるのが普通。 
 この設定のもとでは、
 
点A(a1,a2,…,an)の「Rn上の点Aの除外δ近傍U*δ(A)」は、
      
 
実数cの「R上のε近傍Uε(c)」は、(c−ε,c+ε) 
 だから、
 「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する」
 
「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)の極限値は実数cである」
 の定義は、具体的には
  ┌
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、
  |ある
正の実数δが存在して、
  |    
  |        
ならば  f (P)∈(c−ε,c+ε)   
  └を成り立たせる
 となる。

※n次元数ベクトル空間の上に定義されたユークリッド空間Rnにおける極限概念  
 
n次元空間Rnにベクトルの加法・スカラー乗法・自然な内積(標準内積)・ユークリッドノルム‖‖が定義され、
 
n次元空間Rnを実n次元数ベクトル空間・計量実ベクトル空間・ノルム空間として扱える場合、
 
任意の実n次元数ベクトルx, y∈Rnのユークリッド距離は‖x−y‖ と表せる。
 このユークリッド距離を定義した
ユークリッド空間Rnのもとでは、 
 
点A(a1,a2,…,an)の「Rn上の点Aの除外δ近傍U*δ(A)」は、U*δ(A)={ Q∈Rn | 0<‖Q−A‖<ε } 
 
実数cの「R上のε近傍Uε(c)」は、(c−ε,c+ε) 
 だから、
 「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (x,y)が実数cに収束する」
 
「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたときの、関数f (x,y)の極限値は実数cである」
 の定義は、
  ┌
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、
  |ある
正の実数δが存在して、
  |   
P∈U*δ(A)={ Q∈Rn | 0<‖Q−A‖<ε } 
  |   
ならば   
  |   
f (P)∈(c−ε,c+ε)  
  └を成り立たせる
 と表せる。   
 ただし、上記の
Pは、「点P(x1,x2,…,xn)」を表す実n次元数ベクトル(x1,x2,…,xn)、
     上記のAは、「点A(a1,a2,…,an)」を表す実n次元数ベクトル(a1,a2,…,an)
 である。   

→[トピック一覧:n変数関数の極限]
→総目次

定理:n変数関数の収束の、点列・数列の収束への言い換え 

 

具体例:1変数関数の収束の、数列の収束への言い換え/ 2変数関数の収束の、点列・数列の収束への言い換え 
一般化:
実数値関数の収束の、点列・数列の収束への言い換え/ベクトル値関数の収束の、点列の収束への言い換え
     
距離空間の間の写像の収束の、点列の収束への言い換え   

定理1

次の命題P,Q,Rは互いに言い換え可能である。
つまり、命題
P⇔命題Q⇔命題R。
命題P:
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
   
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が実数cに収束する 
これを記号で表すと、
  ・
f ( P )→c ( P → A ) 
  ・
f (x1,x2,…,xn)→c ( x1→a1 , x2→a2 ,…,xn→an )
    
 など。 

 

 

[文献]
吹田・新保『理工系の微分積分学』p. 159.
杉浦『解析入門I』定理6.2(p.53):証明付;
��木『解析概論』9極限(p.22):証明付.

命題Q:
どんなRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}についてであれ、
 
1. その点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}が点A(a1,a2,…,an)に収束し、
 
かつ  
 
2. その点列の各項 P1 , P2 , P3 , … がどれも点Aと一致しない 
 
限り、 
 その
点列の各項 P1 , P2 , P3 , …を n変数関数f によりR上に写した像の数列 
    {
f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }
 は実数cに収束する。
 つまり、
  
任意のRn上の点列{ PI }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
   
Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)  
 
論理記号で表すと、
   
(∀{ Pi })(( Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))

命題R:
いかなる
    「実数
a1に収束する数列{ x11 , x21 , x31 ,…}」(ただし、x11≠a1 , x21≠a1 , x31≠a1 ,… )
    「実数
a2に収束する数列{ x12 , x22 , x32 ,…}」(ただし、x12≠a2 , x22≠a2 , x32≠a2 ,… )
       : 
    「実数
anに収束する数列{ x1n , x2n , x3n ,…}」(ただし、x1n ≠an , x2n ≠an , x3n ≠an ,… )   
に対しても、
数列
 { f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }
が実数cに収束する。
つまり、
(∀ { xi1 } ,{ xi2 }, …, { xin } )
 (((∀i) (xi1≠a1かつxi2≠a2かつ…かつxin≠an)かつxi1→a1 (i→∞)かつxi2→a2 (i→∞)かつ…かつxin→an (i→∞))
     ⇒ f ( xi1,xi2,…,xin )→c (i→∞))
※
なぜ?
 ・「命題
P⇒命題Q」となるわけ→証明 [杉浦『解析入門I』定理6.2(p.53)] 
 ・「命題
Q⇒命題P」となるわけ→証明 [杉浦『解析入門I』定理6.2(p.53);��木『解析概論』p.22;]  
 ・「命題
Q⇔命題R」となるのは、点列の収束と数列の収束の関係による。 

定理2

次の命題P,Q,Rは互いに言い換え可能である。
つまり、命題
P⇔命題Q⇔命題R。
命題P:
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が収束する。 
すなわち、
  
  
が存在する
  
※極限値の値をだしていないことに注意。

 

[文献]
小平『解析入門�U』p.259:証明略;
杉浦『解析入門I』定理6.2系(p.54):証明付

命題Q:
どんなRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}についてであれ、
 
1. その点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}が点A(a1,a2,…,an)に収束し、
 
かつ  
 
2. その点列の各項 P1 , P2 , P3 , … がどれも点Aと一致しない 
 
限り、 
 その
点列の各項 P1 , P2 , P3 , …を n変数関数f によりR上に写した像の数列 
    {
f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }
 が収束する。
 
論理記号で表すと、
   
(∀{ Pi })(( Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ )
  
※極限値の値をだしていないことに注意。

命題R:
いかなる
    「
収束数列{ x11 , x21 , x31 ,…}」(ただし、x11≠a1 , x21≠a1 , x31≠a1 ,… )
    「
収束数列{ x12 , x22 , x32 ,…}」(ただし、x12≠a2 , x22≠a2 , x32≠a2 ,… )
       : 
    「
収束数列{ x1n , x2n , x3n ,…}」(ただし、x1n ≠an , x2n ≠an , x3n ≠an ,… )   
に対しても、
数列
 { f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }
が収束する。

活用例

コーシーの判定条件

→[トピック一覧:n変数関数の極限]
→総目次

定義:∞に発散する 

 

cf.1変数関数の発散/ 2変数関数の発散 

はじめに
読むべき
定義

「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が∞に発散する」
   f ( x1,x2,…,xn )→+∞ ( x1→a1 , x2→a2 , xn→an ) f ( P )→+∞ ( P → A ) 
    
   
とは、
点P(x1,x2,…,xn)を、
点A(a1,a2,…,an)に一致させることなく点A(a1,a2,…,an)に近づけるとき、 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn) が限りなく大きくなることをいう。
※この定義は一見わかりやすい。
 ところが、
 「近づく」「限りなく大きくなる」とはいかなる事態を指すのかという点が、
 明らかにされておらず、
 この「発散」定義は不正確で、証明のなかでは使いものにならない。
 そこで、
 「近づく」「限りなく大きくなる」の意味を明確化するために、
 「発散」概念は、次のように厳密化される。 

 

[文献]
高木・押切
『
解析I・微分』p.25.
杉浦
『
解析入門I』I§6定義8(p.60);

厳密な
定義

「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が∞に発散する」
   f ( x1,x2,…,xn )→+∞ ( x1→a1 , x2→a2 , xn→an ) f ( P )→+∞ ( P → A ) 
    
   
とは、
任意の(どんな大きな)実数Kに対して(でも)、ある正の実数δをとると、
   「0<
d( P, A )<δ ならば f (P) = f (x1,x2,…,xn)>K 」    
が成りたつ
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀K∈R)(∃δ>0)(0<d( P, A )<δ⇒f (P) = f (x1,x2,…,xn)>K ) 
となる。
  * 
d( P, A )は、 n次元空間Rn上での点P(x1,x2,…,xn)と点A(a1,a2,…,an)との距離を表す。 

Euclid平面
において

関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)、すなわち、「 n次元空間Rnの部分集合から、実数体Rへの、写像」について、
収束・極限・発散等を扱う際には、
特別な目的がない限り、
n次元空間Rn上の距離をユークリッド距離で定めて、 n次元空間Rnをユークリッド空間Rnとする
設定のもとで考えるのが普通。 
この設定下では、
    
 
だから、
「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が∞に発散する」 
の定義は、具体的には
  ┌
任意の(どんな大きな)実数Kに対して(でも)、
  |ある
正の実数δをとると、
  |  
「 
  |     
ならば  f (x1,x2,…,xn) >K 」  
  └を成り立たせる
  (
∀K∈R)(∃δ>0)(⇒ f (x1,x2,…,xn) > K ) 
となる。

数ベクトル空間
の上に
定義された
Euclid平面
において

Rn にベクトルの加法・スカラー乗法・自然な内積(標準内積)・ユークリッドノルム‖‖が定義されており、
Rn を実n次元数ベクトル空間・計量実ベクトル空間・ノルム空間として扱える場合、
任意の実n次元数ベクトルx, y∈Rn のユークリッド距離は‖x−y‖ と表せる。
このユークリッド距離を定義したユークリッド平面
Rnのもとでは、 
 
d( P, A )=‖P−A‖ 
だから、
「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が∞に発散する」の定義は、
  ┌
任意の(どんな大きな)実数Kに対して(でも)、
  |ある
正の実数δが存在して、
  |   
「 0<‖P−A‖<δ ならば  f (x1,x2,…,xn) >K  」 
  └を成り立たせる
  (
∀K∈R)(∃δ>0)(0<‖P−A‖<δ⇒f (x1,x2,…,xn) >K ) 
 と表せる。   
 ただし、上記の
Pは、「点P(x1,x2,…,xn)」を表す実n次元数ベクトル(x1,x2,…,xn)、
     上記のAは、「点A(a1,a2,…,an)」を表す実n次元数ベクトル(a1,a2,…,an)
 である。   

→[トピック一覧:n変数関数の極限]
→総目次

定義:−∞に発散する 

 

cf.1変数関数の発散/ 2変数関数の発散 

 

はじめに
読むべき
定義

「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が−∞に発散する」 
  f ( x1,x2,…,xn )→−∞ ( x1→a1 , x2→a2 , xn→an ) f ( P )→−∞ ( P → A ) 
   
  
とは、
点P(x1,x2,…,xn)を、
点A(a1,a2,…,an)に一致させることなく点A(a1,a2,…,an)に近づけるとき、 
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn) が限りなく小さくなることをいう。
※この定義は一見わかりやすい。
 ところが、
 「近づく」「限りなく小さくなる」とはいかなる事態を指すのかという点が、
 明らかにされておらず、
 この「発散」定義は不正確で、証明のなかでは使いものにならない。
 そこで、
 「近づく」「限りなく小さくなる」の意味を明確化するために、
 「発散」概念は、次のように厳密化される。 

 

[文献]

杉浦
『
解析入門I』I§6定義8(p.60);高木・押切
『
解析I・微分』p.25.

厳密な
定義

「点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が−∞に発散する」 
  f ( x1,x2,…,xn )→−∞ ( x1→a1 , x2→a2 , xn→an ) f ( P )→−∞ ( P → A ) 
   
  
とは、
任意の(どんな小さな)実数Kに対して(でも)、ある正の実数δをとると、  
   「0<
d( P, A )<δ ならば f (x1,x2,…,xn)<K 」    
が成りたつ
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀K∈R)(∃δ>0)(0<d( P, A )<δ⇒f (x1,x2,…,xn)<K ) 
となる。
  * 
d( P, A )は、 n次元空間Rn上での点P(x1,x2,…,xn)と点A(a1,a2,…,an)との距離を表す。 

Euclid平面
において

関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)、すなわち、「 n次元空間Rnの部分集合から、実数体Rへの、写像」について、
収束・極限・発散等を扱う際には、
特別な目的がない限り、
n次元空間Rn上の距離をユークリッド距離で定めて、 n次元空間Rnをユークリッド空間Rnとする
設定のもとで考えるのが普通。 
この設定下では、
    
 
だから、
「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が∞に発散する」 
の定義は、具体的には
  ┌
任意の(どんな小さな)実数Kに対して(でも)、
  |ある
正の実数δをとると、
  |   
「 
  |        
ならば f (x1,x2,…,xn) <K 」  
  └を成り立たせる
  (
∀K∈R)(∃δ>0)(⇒ f (x1,x2,…,xn) < K ) 
となる。

数ベクトル空間
の上に
定義された
Euclid平面
において

Rn にベクトルの加法・スカラー乗法・自然な内積(標準内積)・ユークリッドノルム‖‖が定義されており、
Rn を実n次元数ベクトル空間・計量実ベクトル空間・ノルム空間として扱える場合、
任意の実n次元数ベクトルx, y∈Rn のユークリッド距離は‖x−y‖ と表せる。
このユークリッド距離を定義したユークリッド平面
Rnのもとでは、 
 
d( P, A )=‖P−A‖ 
だから、
「
点P(x1,x2,…,xn)を点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が−∞に発散する」の定義は、
  ┌
任意の(どんな小さな)実数Kに対して(でも)、
  |ある
正の実数δが存在して、
  |   
「 0<‖P−A‖<δ ならば  f (x1,x2,…,xn) <K  」 
  └を成り立たせる
  (
∀K∈R)(∃δ>0)(0<‖P−A‖<δ⇒f (x1,x2,…,xn) <K ) 
 と表せる。   
 ただし、上記の
Pは、「点P(x1,x2,…,xn)」を表す実n次元数ベクトル(x1,x2,…,xn)、
     上記のAは、「点A(a1,a2,…,an)」を表す実n次元数ベクトル(a1,a2,…,an)
 である。   

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→総目次

 

 

 

(reference)

和達三樹『理工系の数学入門コース1・微分積分』岩波書店、1988年、pp.112-114.
吹田・新保『理工系の微分積分学』学術図書出版社、1987年。pp.158-159.
矢野・田代『社会科学者のための基礎数学 改訂版』裳華房、1993年, p. 91.
『岩波数学辞典(第三版)』項目58関数D族・列(p.158)、項目166収束(pp.436).
高木貞治『解析概論改訂第三版』岩波書店、1983年、p. 20.
小平邦彦『解析入門II』(軽装版)岩波書店、2003年、pp.259-260.
杉浦光夫『解析入門』岩波書店、1980年、pp.50-54, p.60.  極限の定義が特殊なので注意。
高橋一『
経済学とファイナンスのための数学』新世社、1999年、pp.141-143.
高木斉・押切源一『解析I・微分』共立出版株式会社、1995年。