Окрестности точки и бесконечности: проколотые и односторонние окрестности

Окрестность конечной точки \(a\) — любой открытый интервал, содержащий \(a\). Стандартная симметричная окрестность радиуса \(r\gt 0\) имеет вид \(U_{r}(a)=(a-r,a+r)\), а проколотая окрестность \(U_{r}^{0}(a)=U_{r}(a)\setminus \{a\}\).1, 2

Для подхода слева и справа используют односторонние проколотые окрестности \(U_{r}^{-}(a)=(a-r,a)\) и \(U_{r}^{+}(a)=(a,a+r)\). Окрестности \(+\infty \) имеют вид \((\alpha ,+\infty )\), а окрестности \(-\infty \)\((-\infty ,\beta )\).2

Что важно запомнить
  • Симметричная окрестность точки имеет вид \(U_{r}(a)=(a-r,a+r)\), где \(r\gt 0\).
  • Проколотая окрестность равна \(U_{r}^{0}(a)=U_{r}(a)\setminus \{a\}\).
  • Левая односторонняя проколотая окрестность имеет вид \(U_{r}^{-}(a)=(a-r,a)\).
  • Правая односторонняя проколотая окрестность имеет вид \(U_{r}^{+}(a)=(a,a+r)\).
  • Окрестность \(+\infty \) задаётся лучом \((\alpha ,+\infty )\).
  • Окрестность \(-\infty \) задаётся лучом \((-\infty ,\beta )\).
  • Символы \(+\infty \) и \(-\infty \) не являются обычными вещественными точками.

Окрестность конечной точки

Окрестностью точки \(a\in \mathbb{R}\) называют любой открытый интервал, содержащий \(a\). Внутри него всегда можно выбрать симметричную окрестность \(U_{r}(a)=(a-r,a+r)\), где \(r\gt 0\).1, 2

Проколотая и односторонние окрестности

Проколотая окрестность получается удалением самой точки \(a: U_{r}^{0}(a)=U_{r}(a)\setminus \{a\}=(a-r,a)\cup (a,a+r)\). Она используется в определениях предельной точки и предела функции, где значение непосредственно в \(a\) не должно влиять на предел.1, 2

При подходе только с одной стороны используют левую окрестность \(U_{r}^{-}(a)=(a-r,a)\) и правую \(U_{r}^{+}(a)=(a,a+r)\). Первая описывает подход слева, вторая — справа.2

Окрестности бесконечности

Окрестностью \(+\infty \) называют любой луч \((\alpha ,+\infty )\), а окрестностью \(-\infty \) — любой луч \((-\infty ,\beta )\).2 Символы \(\pm \infty \) при этом не становятся элементами \(\mathbb{R}\). Это специальные обозначения для описания поведения при \(x\to +\infty \) и \(x\to -\infty \).

Пример простыми словами

Пусть \(a=2\) и \(r=1\). Тогда \(U_{r}(2)=(1,3)\), проколотая окрестность равна \((1,2)\cup (2,3)\), левая односторонняя окрестность — \((1,2)\), а правая — \((2,3)\).

Частые ошибки
  • Включение точки \(a\) в проколотую окрестность.
  • Перестановка левой и правой односторонних окрестностей.
  • Рассмотрение \(+\infty \) или \(-\infty \) как обычных вещественных точек и попытка задать для них окрестность вида \((a-r,a+r)\).

Другие вопросы

Источники

  1. 1 Бегунц А. В., Шапошников С. В. Примерный конспект курса математического анализа Первый семестр. Механико-математический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, 2018 г. Раздел «Топология вещественной прямой»: окрестности и предельные точки.
  2. 2 Стечкин С. Б. Лекции по математическому анализу Том I. Механико-математический факультет МГУ, 2011 г. С. 38–46. Окрестности, бесконечность и односторонние пределы.