ベクトル値関数(曲線)

実数空間もしくはその部分集合を定義とし、ユークリッド空間を終集合とする写像を曲線やベクトル値関数などと呼びます。ここでは曲線の収束や連続性などについて解説します。

学習内容

ベクトル値関数(曲線)

ベクトル値関数(曲線)の概念を定義します。

ベクトル値関数(曲線)の定義

実数空間もしくはその部分集合を定義域とし、値としてユークリッド空間の点をとる写像をベクトル値関数や曲線などと呼びます。

ベクトル値関数のグラフ

ベクトル値関数 f が与えられたとき、y=f(x) を満たすベクトル (x,y) からなる集合を f のグラフと呼びます。

ベクトル値関数による像とベクトル値関数の値域(曲線)

ベクトル値関数による点の像、集合の像、値域などの概念を定義します。ベクトル値関数の値域は曲線に相当します。

ベクトル値関数による逆像とベクトル値関数の定義域

ベクトル値関数による点の逆像、集合の逆像、定義域などの概念を定義します。また、ベクトル値関数の定義域を求める方法を解説します。

1変数関数とベクトル値関数の合成関数

1変数関数の値域がベクトル値関数の定義域の部分集合である場合、両者の合成関数が定義可能です。

ベクトル値関数の極限

ベクトル値関数が収束することの意味を定義した上で、収束すること・収束しないことを判定する方法を解説します。

ベクトル値関数の片側極限

ベクトル値関数の変数が点に近づいていく際の経路を指定する形で極限を定義することも可能であり、その場合の極限を片側極限と呼びます。

無限大におけるベクトル値関数の極限

ベクトル値関数の変数が限りなく大きくなる場合や限りなく小さくなる場合の極限について解説します。

ベクトル値関数の極限の性質

ベクトル値関数の極限と関連する基本的な性質について解説します。

収束するベクトル値関数と有界性・局所有界性

ベクトル値関数(曲線)が有界であること、点の周辺において局所有界であることの意味を定義します。ベクトル値関数が収束する場合、有界であるとは限らない一方で、局所有界であることは保証されます。

1変数関数とベクトル値関数の合成関数の極限

1変数関数とベクトル値関数の合成関数として定義されるベクトル値関数が収束するための条件や極限を求める方法などについて解説します。

ベクトル値関数のスカラー倍の極限(スカラー倍の法則)

ベクトル値関数(曲線)が収束するとき、その関数のスカラー倍として定義される関数もまた収束します。

ベクトル値関数のスカラー関数倍の極限

ベクトル値関数(曲線)が収束するとき、その関数のスカラー関数倍として定義される関数もまた収束します。

ベクトル値関数のベクトル和の極限

収束するベクトル値関数どうしのベクトル和として定義されるベクトル値関数もまた収束します。

ベクトル値関数の内積の極限

収束するベクトル値関数どうしの内積として定義されるスカラー値関数もまた収束します。

ベクトル値関数のノルムの極限(ノルムの法則)

1変数のベクトル値関数fが収束する場合には、そのノルムを特定する1変数関数||f||もまた収束するとともに、fの極限のノルムをとれば||f||の極限が得られます。

べクトル値関数の連続性

ベクトル値関数が連続であることの意味を定義します。

べクトル値関数の片側連続性

ベクトル値関数が片側連続であることの意味を定義します。

ベクトル値関数の片側連続性(右側連続性・左側連続性)

ベクトル値関数が右側連続ないし左側連続であることの意味を定義するとともに、成分関数を用いて右側連続性ないし左側連続性を判定する方法いついて解説します。

イプシロン・デルタ論法を用いたベクトル値関数の片側連続性の判定

ベクトル値関数が定義域上の点において右側連続・左側連続であることをイプシロン・デルタ論法を用いて判定する方法について解説します。

点列を用いたベクトル値関数の片側連続性の判定

ベクトル値関数が定義域上の点において右側連続ないし左側連続であること、右側連続や左側連続ではないことを点列を用いて判定する方法について解説します。

片側連続性を用いたベクトル値関数の連続性の判定

ベクトル値関数が定義域上の点において右側連続かつ左側連続であることは、連続であるための必要十分条件です。

ベクトル値関数の連続点と不連続点(第1種の不連続点・第2種の不連続点)

ベクトル値関数が定義域上の点において連続である場合、その点を連続点と呼びます。一方、ベクトル値関数が定義域上の点において連続ではない場合、その点を不連続点と呼びます。不連続点は第1種と第2種の2種類に分類され、さらに第1種の不連続点は除去可能な不連続点と跳躍不連続点に分類されます。

連続なベクトル値関数の性質

連続なベクトル値関数が満たす性質について解説します。

1変数関数とベクトル値関数の合成関数の連続性

連続な1変数関数と連続なベクトル値関数の合成関数として定義される合成関数もまた連続です。

ベクトル値関数のスカラー倍の連続性

連続な1変数のベクトル値関数のスカラー倍として定義されるベクトル値関数もまた連続です。同様に、片側連続(右側連続・左側連続)なベクトル値関数のスカラー倍として定義されるベクトル値関数もまた片側連続です。

ベクトル値関数のスカラー関数倍の連続性

1変数のベクトル値関数が連続であるとき、その関数のスカラー関数倍として定義される関数もまた連続です。

ベクトル値関数のベクトル和の連続性

連続な1変数のベクトル値関数どうしのベクトル和として定義されるベクトル値関数も連続です。

ベクトル値関数の内積の連続性

連続な1変数のベクトル値関数どうしの内積として定義されるベクトル値関数も連続です。

ベクトル値関数に関する中間値の定理

ベクトル値関数に関して一般には中間値の定理に相当する命題は成り立ちませんが、ベクトル値関数の値域が空間上の線分である場合、中間値の定理に相当する命題が成り立ちます。

連続なベクトル値関数によるコンパクト集合の像と逆像

連続なベクトル値関数によるコンパクト集合の像はコンパクト集合になることが保証されます。また、連続なベクトル値関数の定義域がコンパクト集合である場合には、コンパクト集合の逆像がコンパクト集合になることが保証されます。

連続なベクトル値関数による連結集合の像と逆像

連続なベクトル値関数による連結集合の像は連結集合になることが保証されます。また、連続なベクトル値関数の逆写像が連続である場合には、連結集合の逆像が連結集合になります。

確認テスト

ベクトル値関数に関する確認テストです。

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