שינויים

*פרק 1 ב[[חדוא 1 - ארז שיינר|קישור הבא]] (https://calc1.math-wiki.com)

*פרק 2 ב[[חדוא 1 - ארז שיינר|קישור הבא]] (https://calc1.math-wiki.com), הטיפול בתתי סדרות יהיה חלקי יותר בקורס הזה.

=תקציר ישן =הרצאות 8- בעריכה10 פונקציות===הרצאה פרק 4==ב[[חדוא 1 - ארז שיינר|קישור הבא]] (https://calc1.math-wiki.com)

*גבול הוא יחיד.הרצאה 8 - הגדרות הגבול של פונקציה לפי קושי ולפי היינה**נניח בשלילה שיש שני גבולות שונים. החל משלב מסויים כל איברי הסדרה גדולים מאמצע הקטע בין שני הגבולות וגם קטנים ממנו, בסתירה.הרצאה 9 - הפונקציות הטריגונומטריות*הסדרה הקבועה.*כל סדרה המתכנסת במובן הצר חסומה.*אריתמטיקה (חשבון) גבולות.**(אי שיוויון המשולש.)**סכום.**מכפלה.**חלוקה (תרגיל לבית).הרצאה 10 - רציפות

==הרצאה 5הרצאות 11-13 גזירות==*התכנסות במובן הרחב.*אחד חלקי 'שואפת לאינסוף' היא אפיסה, ההפך לא נכון.*סנדביץ' וחצי סדנביץ'.*<math>a_n\to 0 \iff פרק 5 ב[[חדוא 1 - ארז שיינר|a_n|\to 0<קישור הבא]] (https://calc1.math>*חסומה כפול אפיסה היא אפיסה-wiki.com)

==*הרצאה 6==*אינדוקציה.*ברנולי 11 - אקספוננט חיובי שואף לאפס, אחד או אינסוף.הגדרת הנגזרת ונגזרת של פונקציות אלמנטריות*אריתמטיקה מורחבת (הכתיב הוא מקוצר ואינו מדוייק):**חסומה כפול אפיסה = אפיסה**חסומה חלקי אינסוף = אפיסה**<math>\infty+\infty=\infty</math>**<math>\infty\cdot\infty=\infty</math>**<math>\infty^\infty=\infty</math>**<math>\frac{1}{0}\neq\infty</math>**<math>\frac{1}{0^+}=\infty</math>**<math>0^\infty = 0</math>**אינסוף כפול סדרה השואפת למספר חיובי = אינסוף.**אינסוף כפול סדרההשואפת למספר שלילי = אינסוף.**יש גבול סופי + אין גבול סופי = אין גבול סופי.**אינסוף ועוד חסומה שווה אינסוף.**אם <math>a>1</math> אזי <math>a^\infty=\infty</math>**חזקת סדרות שואפת לחזקת הגבולות.*המקרים הבעייתיים בהם צריך להפעיל מניפולציות אלגבריות או משפטים על מנת לחשב את הגבול:**<math>\frac{0}{0},\frac{\infty}{\infty},0\cdot\infty,\inftyהרצאה 12 -\infty,0^0,\infty^0,1^\infty</math>נוסחאות הגזירה*מבחן המנה ([[איהרצאה 13 -שוויון הממוצעים]]).*הגבול של השורש הn של n.נגזרת ההופכית

*אם <math>a_n\to 1</math> אזי <math>a_n^{b_n}\to e^{\lim b_n\cdot(a_n-1)}</math>**<math>a_n^{b_n}=\left[\left(1+(a_n-1)\right)^{\frac{1}{a_n-1}}\right]^{ b_n\cdot (a_n-1)}</math>.**<math>\left(1+(a_n-1)\right)^{\frac{1}{a_n-1}}\to e</math> בין אם <math>a_n-1</math> שלילי או חיובי, לפי הטענות לעיל.**שימו לב שאם <math>a_n=1</math>, אז ממילא מקבלים 1 בנוסחא הסופית, ואז לא צריך לחלק ב<math>a_n-1</math> ששווה אפס.  *דוגמא:**<math>\lim\left(\frac{n+1}{n-2}\right)^n=e^{\lim n\cdot\left(\frac{n+1}{n-2}-1\right)}=e^{\lim\frac{3n}{n-2}}=e^3</math>  *תתי סדרות וגבולות חלקיים (ללא הוכחה)**סדרה מתכנסת לגבול אם"ם הגבול החלקי העליון והתחתון שווים לו.**אם ניתן לחלק סדרה לתתי סדרות שכולן מתכנסות לאותו גבול, אזי זה גבול הסדרה.*מסקנה: גבול של פונקציה קיים בנקודה אם"ם הגבולות החד צדדיים קיימים ושווים לו.  *לכל סדרה יש תת סדרה מונוטונית.  ==הרצאה 8==*פונקציות וגבולות של פונקציות, לפי קושי ולפי היינה. *חזקות.*לוגריתמים.*מבוא לגבולות (שיטות אלגבריות: כפל בצמוד, הוצאת חזקה משמעותית).**<math>\lim_{x\to 2}\frac{x^214 -4}{x-2}</math>**<math>\lim_{x\to\infty}\frac{2x^2+5x+3}{3x^2-100}</math>**<math>\lim_{x\to \infty}\sqrt{x^2+x+1}-x,\lim_{x\to \infty}\sqrt{x^2+1}-x</math>**<math>\lim_{x\to\infty}x^2-x</math>   ==הרצאה 9==*הגדרת סינוס וקוסינוס ע"י מעגל היחידה.**<math>sin^2(x)+cos^2(x)=1</math>**<math>sin(-x)=-sin(x),cos(-x)=cos(x)</math>**<math>sin(a+b)=sin(a)cos(b)+sin(b)cos(a),cos(a+b)=cos(a)cos(b)-sin(a)sin(b)</math>**<math>sin(2x)=2sin(x)cos(x),cos(2x)=cos^2(x)-sin^2(x)</math>    *[[קובץ:Sin(x)_over_x.png|400px|link=https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%94%D7%92%D7%91%D7%95%D7%9C_%D7%A9%D7%9C_sin(x)/x]]**עבור זוית <math>0<x<\frac{\pi}{2}</math> שטח המשולש חסום בשטח הגזרה (משולש פיצה עם הקשה) שחסום בשטח המשולש:**<math>S_{\triangle AOB}<S_{\bigcirc AOB}<S_{\triangle AOD}</math>**<math>\frac{sin(x)}{2}<\frac{x}{2}<\frac{tan(x)}{2}</math>***כיוון ש<math>0<sin(x)<x</math> בתחום <math>(0,\frac{\pi}{2})</math>, נובע לפי סנדוויץ' ש<math>\lim_{x\to 0^+}sin(x)=0</math>.***כיוון שמדובר בפונקציה אי זוגית, נובע שזה גם הגבול משני הצדדים.***כעת בתחום <math>(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2})</math> הקוסינוס חיובית ולכן <math>cos(x)=\sqrt{1-sin^2(x)}</math> ונובע כי <math>\lim_{x\to 0}cos(x)=1</math>.**נחלק את אי השיוויון הטריגונומטרי בסינוס ונקבל:**<math>1<\frac{x}{sin(x)}<\frac{1}{cos(x)}</math>**לפי כלל הסנדביץ <math>\lim_{x\to 0^+}\frac{sin(x)}{x}=1</math>**כיוון שמדובר בפונקציה זוגית, נובע שהגבול משני הצדדים שווה 1.  *ראינו ש<math>\lim_{x\to 0}\frac{sin(x)}{x}=1</math>.*שימו לב ש<math>\lim_{x\to\infty}\frac{sin(x)}{x}=0</math>, כיוון שמדובר בחסומה חלקי שואפת לאינסוף. ==הרצאה 10==   *גבול של הרכבת פונקציות נכשל ללא רציפות.**<math>f(x)=\frac{x}{x}, g(x)=0</math> מתקיים כי <math>\lim_{x\to 0}f(x)=1,\lim_{x\to 2}g(x)=0</math> אבל <math>\lim_{x\to 2}f(g(x))\neq 1</math>.*רציפות.*טענה: אם f רציפה ב<math>x_0</math> אזי לכל סדרה <math>x_n\to x_0</math> (גם אם אינה שונה מ<math>x_0</math>) מתקיים כי <math>f(x_n)\to f(x_0)</math>.*הרכבת רציפות: תהי f רציפה ב<math>x_0</math> ותהי g רציפה ב<math>f(x_0)</math>. אזי <math>g\circ f</math> רציפה ב<math>x_0</math>.**הוכחה:**תהי סדרה <math>x_0\neq x_n\to x_0</math> אזי <math>f(x_n)\to f(x_0)</math>**לפי הטענה הקודמת, <math>g(f(x_n))\to g(f(x_0))</math>.  *מיון אי רציפות.**רציפות - הגבול בנקודה שווה לערך בנקודה.**סליקה - הגבול קיים וסופי בנקודה, אך שונה מהערך בנקודה או שהפונקציה אינה מוגדרת בנקודה.**קפיצתית (מין ראשון) - הגבולות החד צדדיים קיימים סופיים ושונים בנקודה.**עיקרית (מין שני) - אחד הגבולות החד צדדיים אינו קיים או שאינו סופי. ==הרצאה 11=====הגדרת הנגזרת===*<math>f'(x)=\lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}</math>*<math>\lim{h\to 0} \frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h} =\{h=x-x_0\} = \lim_{x\to x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}</math>**הסבר לגבי שיטת ההצבה בה השתמשנו לעיל:**נניח כי <math>\lim{h\to 0} \frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}=f'(x_0)</math> ונוכיח כי <math>\lim_{x\to x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}=f'(x_0)</math>, והוכחה דומה בכיוון ההפוך.**תהי <math>x_0\neq x_n\to x_0</math> נגדיר את הסדרה <math>0\neq h_n=x_n-x_0\to 0</math>.**כיוון ש<math>\frac{f(x_0+h_n)-f(x_0)}{h_n}\to f'(x_0)</math> נובע כי <math>\frac{f(x_n)-f(x_0)}{x_n-x_0}\to f'(x_0)</math>.*אם f גזירה בנקודה, היא רציפה בנקודה:**צ"ל <math>\lim_{x\to x_0}f(x)=f(x_0)</math>**לפי אריתמטיקה של גבולות זה שקול ל <math>\lim_{x\to x_0}f(x)-f(x_0)=0</math>**לפי עקרון win (קיצור של wouldn't it be nice?) מתקיים כי <math>\lim_{x\to x_0}f(x)-f(x_0)=\lim_{x\to x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}\cdot (x-x_0)=f'(x_0)\cdot 0 = 0</math>*פונקציה הערך המוחלט אינה גזירה באפס**<math>(|x|)'(0) = \lim_{h\to 0}\frac{|h|-|0|}{h}=\lim\frac{|h|}{h}</math> וגבול זה אינו קיים, כיוון שהגבולות החד צדדים שונים.**ניתן לשים לב גם ש<math>|x|=\sqrt{x^2}</math>, וכמו כן נראה בהמשך כי<math>\sqrt{x}</math> אינה גזירה באפס. ===הנגזרות של הפונקציות האלמנטריות===*טריגו:**<math>\lim_{h\to 0}\frac{1-cos(h)}{h}=\lim_{h\to 0}\frac{sin^2(h)}{h(1+cos(h))}=\lim_{h\to 0}sin(h)\cdot \frac{sin(h)}{h}\cdot \frac{1}{1+cos(h)}=0\cdot 1 \cdot \frac{1}{2}=0</math>**<math>(sin(x))'=\lim_{h\to 0}\frac{sin(x+h)-sin(x)}{h}=\lim_{h\to 0}\frac{sin(x)cos(h)+sin(h)cos(x)-sin(x)}{h}=\lim_{h\to 0}sin(x)\cdot \frac{cos(h)-1}{h} + cos(x)\cdot \frac{sin(h)}{h}=cos(x)</math>**באופן דומה <math>(cos(x))'=-sin(x)</math>*לוג:**<math>\lim_{h\to 0}\frac{log(1+h)}{h}=\lim_{h\to 0}\frac{1}{h}\cdot log(1+h)=\lim_{h\to 0}log\left(\left(1+h\right)^{\frac{1}{h}}\right)=log(e)</math>***המעבר האחרון נובע מהעובדה שפונקצית הלוג רציפה.***(בפרט נובע כי <math>\lim_{x\to 0}\frac{ln(1+x)}{x}=1</math>.)**<math>(log(x))'=\lim_{h\to 0}\frac{log(x+h)-log(x)}{h}= \lim_{h\to 0}\frac{log\left(\frac{x+h}{x}\right)}{h}=\lim_{h\to 0}\frac{1}{x}\cdot\frac{log\left(1+\frac{h}{x}\right)}{\frac{h}{x}}=\frac{log(e)}{x}</math>***בפרט נובע כי <math>(ln(x))' = \frac{1}{x}</math>*אקספוננט:**<math>\lim_{h\to 0}\frac{a^h-1}{h} = \{t=a^h-1, h=log_a(1+t)\} = \lim_{t\to 0} \frac{t}{log_a(1+t)} = \frac{1}{log_a(e)} = \frac{1}{\frac{ln(e)}{ln(a)}}=ln(a)</math>**<math>(a^x)' = \lim_{h\to 0}\frac{a^{x+h}-a^x}{h}= \lim_{h\to 0}a^x\cdot \frac{a^h-1}{h}=a^x\cdot ln(a)</math>***בפרט נובע כי <math>(e^x)'=e^x</math>.*חזקה:**<math>(x^\alpha)'=\alpha x^{\alpha-1}</math> לכל <math>\alpha\in \mathbb{R}</math>, הוכחה בהמשך.***בפרט: ***<math>(1)'=0</math>***<math>(\frac{1}{x})' = (x^{-1})'=-\frac{1}{x^2}</math>***<math>(\sqrt{x})'=(x^{\frac{1}{2}})'=\frac{1}{2\sqrt{x}}</math> ==הרצאה 12=====נגזרת של מכפלה בקבוע, סכום ומכפלת פונקציות===תהיינה <math>f,g</math> גזירות בנקודה x.*<math>(cf)'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{cf(x+h)-cf(x)}{h}= cf'(x)</math>*<math>(f+g)'(x)= \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)+g(x+h)-f(x)-g(x)}{h}=f'(x)+g'(x)</math>*<math>(f\cdot g)'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)g(x+h)- f(x)g(x)}{h} = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h)g(x+h)-f(x)g(x+h)+f(x)g(x+h)-f(x)g(x)}{h} =</math>:<math>=\lim_{h\to 0}g(x+h)\cdot\frac{f(x+h)-f(x)}{h}+ f(x)\cdot\frac{g(x+h)-g(x)}{h}=g(x)f'(x)+f(x)g'(x) </math>*שימו לב ש<math>g(x+h)\to g(x)</math> כיוון שg רציפה בx, כיוון שהיא גזירה בx.  ===נגזרת של הרכבה===תהי f גזירה ב<math>x_0</math> ותהי g הגזירה ב<math>f(x_0)</math>:*<math>(g\circ f)'(x_0) = \lim_{x\to x_0} \frac{g(f(x))-g(f(x_0))}{x-x_0}</math>*תהי סדרה <math>x_0\neq x_n\to x_0</math>.*רוצים לומר ש<math>\frac{g(f(x_n))-g(f(x_0))}{x_n-x_0}= \frac{g(f(x_n))-g(f(x_0))}{f(x_n)-f(x_0)}\cdot \frac{f(x_n)-f(x_0)}{x_n-x_0}\to g'(f(x_0))\cdot f'(x_0)</math>.*אמנם <math>f(x_n)\to f(x_0)</math> בגלל שהרציפות נובעת מהגזירות, אבל לא ידוע ש<math>f(x_n)\neq f(x_0)</math> ובמקרה זה אנחנו כופלים ומחלקים באפס.*אם יש תת סדרה <math>a_n</math> של <math>x_n</math> עבורה <math>f(a_n)=f(x_0)</math> אזי <math>\frac{f(a_n)-f(x_0)}{a_n-x_0}=0</math> ולכן <math>f'(x_0)=0</math>.*לכן <math>g'(f(x_0))\cdot f'(x_0)=0</math>.*כמו כן, <math>\frac{g(f(a_n))-g(f(x_0))}{a_n-x_0}=0</math>.*לכן בכל מקרה קיבלנו כי <math>\frac{g(f(x_n))-g(f(x_0))}{x_n-x_0}\to g'(f(x_0))\cdot f'(x_0)</math>*סה"כ <math>(g\circ f)'(x_0)=g'(f(x_0))\cdot f'(x_0)</math>.  ===נגזרת של חזקה===*עבור <math>x>0</math> מתקיים <math>(x^\alpha)'=(e^{ln\left(x^\alpha\right)})' = (e^{\alpha\cdot ln(x)})' = e^{\alpha\cdot ln(x)}\cdot \frac{\alpha}{x} = x^\alpha \cdot \frac{\alpha}{x} = \alpha x^{\alpha-1}</math>*דוגמא: חישוב הנגזרת של <math>x^x</math> ===נגזרת מנה===תהיינה f,g גזירות בנקודה x כך ש <math>g(x)\neq 0</math>:*נזכור כי <math>(\frac{1}{x})'=-\frac{1}{x^2}</math>*אזי בנקודה x מתקיים: <math>\left(\frac{f}{g}\right)'=\left(f\cdot \frac{1}{g}\right)' = f'\cdot \frac{1}{g} + f\cdot \frac{-g'}{g^2} = \frac{f'g-g'f}{g^2}</math> ==הרצאה 13==*הגדרה:*פונקציה f נקראית רציפה בקטע <math>[a,b]</math> אם f רציפה בכל נקודה בקטע <math>(a,b)</math> ובנוסף <math>\lim_{x\to a^+}f(x)=f(a)</math> וגם <math>\lim_{x\to b^-}f(x)=f(b)</math>  *פונקציות הפיכות (הוכחות והגדרות מדוייקות בבדידה).**פונקציה <math>f:[a,b]\to [c,d]</math> הפיכה אם"ם היא חח"ע ועל**הפונקציה ההופכית היא <math>f^{-1}:[c,d]\to[a,b]</math> ומתקיים כי <math>f(x)=y</math> אם"ם <math>x=f^{-1}(y)</math>  *טענה: אם <math>f:[a,b]\to [c,d]</math> רציפה בקטע <math>[a,b]</math>, אזי <math>f^{-1}:[c,d]\to[a,b]</math> רציפה בקטע <math>[c,d]</math>.**הוכחה:**תהי <math>y_0\neq y_n\to y_0</math>, צ"ל ש <math>f^{-1}(y_n)\to f^{-1}(y_0)</math>**יהי גבול חלקי <math>x_n=f^{-1}(y_n)\to L</math>. **אזי <math>f(x_n)=y_n\to y_0</math>.**מצד שני, לפי רציפות הפונקציה f מתקיים <math>f(x_n)\to f(L)</math>.**לכן <math>f(L)=y_0</math> ולכן <math>L=f^{-1}(y_0)</math>.  *טענה: תהי <math>f:[a,b]\to [c,d]</math> הפיכה ורציפה. ונניח כי היא גזירה בנק' <math>a<x_0<b</math> כך ש <math>f'(x_0)\neq 0</math>. :אזי <math>f^{-1}</math> גזירה בנק' <math>f(x_0)</math> ומתקיים כי:<math>(f^{-1})'(f(x_0))=\frac{1}{f'(x_0)}</math> או בנוסח אחר-:<math>(f^{-1})'(x)=\frac{1}{f'(f^{-1}(x))}</math>**הוכחה:**<math>(f^{-1})'(f(x_0)) = \lim_{y\to f(x_0)}\frac{f^{-1}(y)-f^{-1}(f(x_0))}{y-f(x_0)}</math>**תהי <math>f(x_0)\neq y_n\to f(x_0)</math> ונסמן <math>x_n=f^{-1}(y_n)</math>.**אזי מתוך רציפות וחח"ע נובע כי <math>x_0\neq x_n\to f^{-1}(f(x_0))=x_0</math>**<math>\frac{f^{-1}(y_n)-f^{-1}(f(x_0))}{y_n-f(x_0)} = \frac{x_n-x_0}{f(x_n)-f(x_0)} \to \frac{1}{f'(x_0)}</math>  *דוגמא חשובה:*<math>tan:(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2})\to\mathbb{R}</math> הפיכה וההופכית שלה נקראית <math>arctan</math>.*<math>tan^2(x)+1 = \frac{sin^2(x)}{cos^2(x)}+1 = \frac{1}{cos^2(x)}</math>*<math>arctan'(x) = \frac{1}{\frac{1}{cos^2(arctan(x))}} = \frac{1}{tan^2(arctan(x))+1}=\frac{1}{1+x^2}</math> ==הרצאה 14==*משפט ערך הביניים.*תהי f רציפה ב<math>[0,1]</math> כך ש<math>f(1)=2</math>, הוכיחו שקיימת נק' <math>c\in [0,1]</math> עבורה <math>f(c)=\frac{1}{c}</math>**נעביר אגף ונביט בפונקציה <math>h(x)=f(x)-\frac{1}{x}</math> שצריך למצוא שורש שלה.**<math>h(1)>0</math>.**<math>\lim_{x\to 0^+}h(x)=f(0)-\infty=-\infty</math> ולכן קיימת נקודה <math>0<d<1</math> עבורה <math>h(d)<0</math>.**לפי משפט ערך הביניים בקטע <math>[d,1]</math> קיימת נק' המאפסת את הפונקציה h.     ==הרצאה 15==*משפטי - ויירשטראס.**פונקציה רציפה בקטע סופי סגור - חסומה.**פונקציה רציפה בקטע סופי סגור - מקבלת מינימום ומקסימום.*משפט , פרמה.**אם פונקציה גזירה בנק' קיצון מקומי, הנגזרת שווה שם לאפס.**ההפך אינו נכון.*משפט רול.**פונקציה רציפה בקטע סגור, וגזירה בקטע הפתוח, שמקבלת את אותו ערך בקצוות - הנגזרת שלה מתאפסת בקטע הפתוח.**לפולינום יש לכל היותר n שורשים שונים.*משפט לגראנז'.**פונקציה רציפה בקטע סגור, וגזירה בקטע הפתוח מקבלת את השיפוע בין שתי נקודות הקצה בנגזרת בנק' כלשהי.קושי*משפט לגראנז' המוכלל.**שתי פונקציות רציפות בקטע סגור, גזירות בקטע הפתוח, והנגזרת של האחת אינה מתאפסת. אזי מנת הנגזרות שווה למנת השיפועים בנק' מסויימת. ==הרצאה 16==*- הוכחת משפט לגראנז' המוכללקושי, שמוכיח גם את משפט לגראנז' עצמו כמקרה פרטי.קשר בין הנגזרת למונוטוניות**ראשית, כיוון ש<math>g'(x)\neq 0</math> בקטע <math>(a,b)</math> נובע לפי רול כי <math>g(a)\neq g(b)</math> ולכן מותר לחלק בהפרש ביניהם.**<math>h(x)=f(x)הרצאה 17 -f(a) - \frac{f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)}(g(x)-g(a))</math>**<math>h(a)=h(b)=0</math> ולכן לפי רול קיימת נק' <math>c\in (a,b)</math> עבורה <math>h'(c)=0</math> וזה מה שרצינו להוכיח.**(שימו לב שמותר לחלק ב<math>g'(c)</math>.)**עבור <math>g(x)=x</math> נקבל את משפט לאגראנז' הרגיל.*פונקציה גזירה עולה אם"ם הנגזרת שלה גדולה או שווה אפס.*פונקציה עולה ממש אם"ם הנגזרת שלה גדולה או שווה אפס, ולא מתאפסת על קטע.כלל לופיטל