n変数関数の極限の性質トピック一覧  

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コーシーの判定条件  

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参考文献総目次

定理:n変数関数の極限値どおしの演算

舞台
設定

f,g n次元空間Rn点集合D上の各Pにたいして実数を対応づける n変数関数。 
    つまり、定義域
DRnとして、 f : DR , g : DR  
    ないし、
y=f (x1,x2,,xn), y=g (x1,x2,,xn)  
A=(x01,x02,,x0n) n次元空間Rn点集合D上の定
          つまり、
A=(x01,x02,,x0n)DRn
P=(x1,x2,
,xn) n次元空間Rn点集合上の動
          つまり、
P=(x1,x2,,xn)DRn 

cf.
1変数関数の極限値どおしの演算
2変数関数の極限値どおしの演算
ベクトル値関数の極限値のベクトル和
ベクトル値関数の極限値のスカラー倍

 

[文献]
吹田新保『
理工系の微分積分学p.23;
杉浦『解析入門I』定理6.6(pp.57-63)RnRmの関数一般について

定理1

証明

[ sum-difference limit theorem ] 
f ( P )c (PA) かつ g ( P )d (PA) ならば、{ f (P) ± g (P)}c+d ( PA )
つまり、PAとしたときに、f (P),g (P)収束するならば、 
 
 

定理2

f ( P )d (PA) ならば任意の実数cに対して、cf ( P )cd ( PA )
つまり、PAとしたときに、f(P),g(P)収束するならば、 
 
    (c:定数)

定理3

[ product limit theorem ] 
f ( P )c (PA) かつ g ( P )d (PA) ならば、{ f (P)g (P)}cd ( PA )
つまり、PAとしたときに、f(P),g(P)収束するならば、 
 
  

定理4

[quotient limit theorem]  
f ( P )c (PA) かつ g ( P )d (PA)かつc≠0 ならば、{g (P)/f (P)}d/c ( PA )
つまり、PAとしたときに、f(P),g(P)収束し
 なおかつ、このときの
f(P)極限値が0でないならば、 
  
 

   

活用例

 
     

   

証明→定理1

PAとしたときにf(P)実数c収束しかつ g (P)実数d収束する
    つまり、
f ( P )c (PA)かつ g ( P )d (PA) 
と仮定する。…
(0)
[
予備作業]
関数の収束と点列・数列の収束を関係付ける定理より、
 
f ( P )c (PA) 
  
 { Pn })( PnA (n)かつ(n) (PnA) f (Pn)c (n→∞) (1-1)
 
g ( P )d ( PA ) 
  
 { Pn })( PnA (n)かつ(n) (PnA) g (Pn)d (n→∞)(1-2)
2変数関数h( P )=f ( P )± g ( P ) を定義する。
 
関数の収束と点列・数列の収束を関係付ける定理より、
 
{ Pn })( PnA (n)かつ(n) (PnA) h (Pn)e (n→∞)  
  
h ( P )e ( PA ) 
 ここで、h ( P )を、f ( P )± g ( P )に戻すと、 
 
{Pn})( PnA (n)かつ(n) (Pn A) {f (Pn)± g (Pn)}e (n→∞)
  
 {f (P)± g (P)}e ( PA ) …(1-3)
収束数列の演算則より、
 
数列{ f (P1), f (P2), f (P3),…}、{ g (P1), g (P2), g (P3),…}について 
   
f (Pn)c (n→∞) かつ g (Pn)d (n→∞)    
 
ならば
  
f (Pn)±g (Pn)c+d  (n→∞)  
  …
(1-4)
[
本題]
・仮定(0)のもとで、
  
(1-1) (1-2) (1-4)より、
 
{ Pn})( PnA (n)かつ(n) (PnA) f (Pn)c (n→∞)かつ g (Pn)d (n→∞) 
                           
 f (Pn)±g (Pn)c+d (n→∞)  
   …
(1-5) 
(1-5)は、(1-3)を用いて、{f (P)±g (P)}c+d ( PA ) と言い表せる。
 したがって、
 仮定
(0) f ( P )c (PA) かつ g ( P )d (PA)」のもとで、
 {
f (P)±g (P)}c+d ( PA )である 。

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証明→定理2

 
     

     

証明→定理3

 
     

     

証明→定理4

 
     

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定理:コーシーの判定条件 [P Aのとき]

舞台
設定

f n次元空間Rn点集合Dで定義された n変数関数。 
  つまり、定義域
DRnとして、f : DR   
  ないし、
y=f (x1,x2,,xn)  
A=(x01,x02,,x0n) n次元空間Rn点集合D上の定
          つまり、
P0=(x01,x02,,x0n)DRn
P=(x1,x2,
,xn) n次元空間Rn点集合上の動
          つまり、
P=(x1,x2,,xn)DRn  

Cf.
1変数関数の場合のコーシーの判定法
2変数関数の場合のコーシーの判定法
ベクトル値関数の場合のコーシーの判定法

[文献]
小平『
解析入門U』§6.4(p.309):結論のみ。
杉浦『
解析入門Ipp.61-62:証明付.
木『解析概論9極限(pp.22-3).

定理

次の命題S,T,Rは互いに言い換え可能である。
つまり、命題
S命題T命題R

命題S :
 PAのとき、Dを定義域とする関数f (P)が収束する 
命題T :
 任意の正数εに対して、ある正数δをとると
  
任意のP,QD にたいして、  
   「(0<
d(P,A)<δかつ0<d(Q,A)<δ)ならば|f (P)f (Q)|<ε」
              * 
d( P, A )は点Pと点Aとの距離を表す。
 が成り立つ。
 
論理記号では、
 
(ε>) (δ>)
   (P,QD) ((<d(P,A)<δかつ<d(Q,A)<δ)|f (P)f (Q)|<ε)
命題U :
 任意の正数εに対して、あるRn上の点Aの除外δ近傍U*δ(A)とると、
  
任意のP,Q(U*δ(A)D)にたいして、|f (P)f (Q)|<εが成り立つ。
 
論理記号では、
 
(ε>) (U*δ(A)) (P,Q(U*δ(A)D)) (|f (P)f (Q)|<ε)
    

活用例

 
     
     

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reference

小平邦彦『解析入門U(軽装版)岩波書店、2003年、pp.259-260

吹田・新保『理工系の微分積分学』学術図書出版社、1987年、p.159.

杉浦光夫『解析入門I』岩波書店、1980年、pp.57-63.

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.32-36;42-44. 

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