AYT Matematik · Limit ve Süreklilik
Süreklilik
Bir fonksiyonun grafiğini kalemi kâğıttan kaldırmadan çizebiliyorsak, o fonksiyon süreklidir. Sezgisel bu resmin arkasında, limitle kurulan kesin bir tanım vardır. Bu konu sürekliliğin üç koşulunu, süreksizlik türlerini ve sınavların favorisi olan parçalı fonksiyon–parametre sorularını eksiksiz işler.
1. Bir Noktada Süreklilik
f fonksiyonunun x=a noktasında sürekli olması için aşağıdaki üç koşulun birlikte sağlanması gerekir:
f(a)\text{ tanımlı}\quad\wedge\quad \lim_{x\to a}f(x)\text{ var}\quad\wedge\quad \lim_{x\to a}f(x)=f(a)
Koşulları sırayla okuyalım:
| Koşul | Anlamı |
|---|---|
(1) f(a) tanımlı | a, fonksiyonun tanım kümesindedir |
(2) \lim\limits_{x\to a}f(x) var | Soldan limit = sağdan limit (ikisi de sonlu) |
(3) \lim\limits_{x\to a}f(x)=f(a) | Limit, fonksiyon değerine eşittir |
İkinci koşul, soldan ve sağdan limitlerin eşitliğini içerir:
\lim_{x\to a^{-}}f(x)=\lim_{x\to a^{+}}f(x)
Bu üç koşuldan biri bile bozulursa, f fonksiyonu x=a noktasında süreksizdir.
Püf noktası: Soruyu çözerken üç koşulu her zaman bu sırayla yaz. Genellikle önce
f(a)'yı, sonra soldan ve sağdan limitleri hesaplar, en sonda hepsini karşılaştırırsın.
Bilinen Sürekli Fonksiyonlar
| Fonksiyon türü | Süreklilik |
|---|---|
| Polinomlar | Her reel sayıda süreklidir |
Rasyonel fonksiyon \dfrac{P(x)}{Q(x)} | Paydayı sıfır yapmayan (Q(x)\ne 0) her noktada süreklidir |
\sin x,\ \cos x,\ e^{x} | Her reel sayıda süreklidir |
\ln x,\ \sqrt{x} | Tanımlı oldukları her noktada süreklidir |
2. Süreksizlik Türleri
Bir noktada süreklilik bozulduğunda, hangi koşulun bozulduğuna göre süreksizlik üçe ayrılır:
| Tür | Durum |
|---|---|
| Kaldırılabilir (giderilebilir) | Limit var ve sonlu, ama f(a) tanımsız ya da \lim\ne f(a) |
| Sıçrama | Soldan ve sağdan limit ikisi de sonlu fakat birbirinden farklı |
| Sonsuz | Soldan ya da sağdan limit \pm\infty olur |
Kaldırılabilir süreksizlikte, sadece a noktasındaki değeri \lim\limits_{x\to a}f(x) olarak yeniden tanımlayarak fonksiyonu sürekli hâle getirebiliriz; "kaldırılabilir" adı buradan gelir. Sıçrama ve sonsuz süreksizlikte ise tek bir değer değiştirerek süreklilik sağlanamaz.
g(x)=\dfrac{x^{2}-4}{x-2} aslında y=x+2 doğrusudur, ama x=2'de tanımsız olduğu için orada bir "delik" (içi boş nokta) vardır. Limit 4 olarak vardır; g(2)=4 tanımlanırsa süreksizlik kalkar.3. Parçalı Fonksiyonlarda Süreklilik
Parçalı tanımlı bir fonksiyonun her parçası kendi aralığında (polinom, rasyonel vb. olduğundan) zaten süreklidir. Tek kontrol edilecek yer, parçaların birleştiği noktalardır. Orada üç koşulu sınarız.
Sınavlarda en sık gelen biçim, fonksiyonu sürekli yapacak parametreyi belirlemektir. Bunun anahtarı tek bir denklemdir:
\lim_{x\to a^{-}}f(x)=\lim_{x\to a^{+}}f(x)=f(a)
Aralıkta Süreklilik
f bir (c,d) açık aralığındaki her noktada sürekliyse, f bu aralıkta süreklidir. Kapalı aralık [c,d] için uçlarda tek taraflı süreklilik aranır: \lim\limits_{x\to c^{+}}f(x)=f(c) ve \lim\limits_{x\to d^{-}}f(x)=f(d).
f(x)=\dfrac{x^{2}-1}{x-1} fonksiyonu x=1 noktasında sürekli midir? Süreksizse türünü belirleyiniz.
- (1) Tanımlılık:
x=1için paydax-1=0olur, dolayısıylaf(1)tanımsızdır. İlk koşul bozuldu, fonksiyon süreksizdir. - (2) Limit:
x\ne 1için pay çarpanlarına ayrılır:\dfrac{x^{2}-1}{x-1}=\dfrac{(x-1)(x+1)}{x-1}=x+1. - Limiti al:
\lim\limits_{x\to 1}f(x)=\lim\limits_{x\to 1}(x+1)=2. Limit var ve sonlu. - Limit sonlu olmasına rağmen
f(1)tanımsız olduğundan süreksizlik kaldırılabilir türdendir. (f(1)=2tanımlansaydı fonksiyon sürekli olurdu.)
f(x)=\begin{cases}x^{2},& x\le 1\\ ax+1,& x>1\end{cases} fonksiyonu x=1 noktasında sürekli olacak şekilde a değerini bulunuz.
Süreklilik için soldan limit = sağdan limit = f(1) olmalıdır. Bu denklemi kurup a'yı çek.
f(1)değeri:x\le 1parçası geçerli,f(1)=1^{2}=1.- Soldan limit:
x\to 1^{-}içinx\le 1parçası kullanılır:\lim\limits_{x\to 1^{-}}f(x)=1^{2}=1. - Sağdan limit:
x\to 1^{+}içinx>1parçası kullanılır:\lim\limits_{x\to 1^{+}}f(x)=a\cdot 1+1=a+1. - Süreklilik koşulu:
\lim\limits_{x\to 1^{-}}=\lim\limits_{x\to 1^{+}}=f(1)\Rightarrow a+1=1\Rightarrow a=0.
a=0.f(x)=\begin{cases}x+1,& x<2\\ x+4,& x\ge 2\end{cases} fonksiyonunun x=2 noktasındaki süreksizlik türünü belirleyiniz.
- Soldan limit:
x\to 2^{-}içinx<2parçası:\lim\limits_{x\to 2^{-}}f(x)=2+1=3. - Sağdan limit:
x\to 2^{+}içinx\ge 2parçası:\lim\limits_{x\to 2^{+}}f(x)=2+4=6. - Soldan limit
3, sağdan limit6; ikisi de sonlu ama3\ne 6. Limit yoktur, fonksiyon süreksizdir. - İki tek taraflı limit sonlu ve farklı olduğundan süreksizlik sıçrama türündedir. (Grafikte
x=2'de3ten6ya bir atlama vardır.)
f(x)=\dfrac{1}{x-2} fonksiyonunun x=2 noktasındaki süreksizlik türünü belirleyiniz.
- Tanımlılık:
x=2için paydax-2=0olur,f(2)tanımsızdır. - Sağdan limit:
x\to 2^{+}ikenx-2\to 0^{+}, dolayısıyla\lim\limits_{x\to 2^{+}}\dfrac{1}{x-2}=+\infty. - Soldan limit:
x\to 2^{-}ikenx-2\to 0^{-}, dolayısıyla\lim\limits_{x\to 2^{-}}\dfrac{1}{x-2}=-\infty. - Tek taraflı limitler sonsuz olduğundan süreksizlik sonsuz türündedir. (
x=2doğrusu grafiğin düşey asimptotudur.)
f(x)=\begin{cases}ax+b,& x<1\\ 3,& x=1\\ x^{2}+2,& x>1\end{cases} fonksiyonu x=1 noktasında sürekli olacak şekilde a ve b değerlerini bulunuz.
Üç koşulu sırayla yaz. f(1)=3 verildiğine göre hem soldan hem sağdan limit 3 e eşit olmalıdır. Bu iki denklemden a ve b yi çöz.
- Fonksiyon değeri: Verilen tanıma göre
f(1)=3. - Sağdan limit:
x\to 1^{+}içinx>1parçası:\lim\limits_{x\to 1^{+}}f(x)=1^{2}+2=3. Bu,f(1)=3ile zaten uyumlu. - Soldan limit:
x\to 1^{-}içinx<1parçası:\lim\limits_{x\to 1^{-}}f(x)=a\cdot 1+b=a+b. - Süreklilik koşulu: Üç değerin eşitliği için
a+b=3. Tek denklem, iki bilinmeyen olduğundan sonsuz çözüm vardır; örneğina=1içinb=2.
a+b=3 olmalıdır (ör. a=1,\ b=2).Çözümlü Sorular
f(x)=\dfrac{x^{2}-9}{x-3} fonksiyonu x=3 noktasında kaldırılabilir süreksizliğe sahiptir. Bu süreksizliği gidermek için f(3) kaç olarak tanımlanmalıdır?
x\ne 3için pay çarpanlarına ayrılır:\dfrac{x^{2}-9}{x-3}=\dfrac{(x-3)(x+3)}{x-3}=x+3.- Limiti al:
\lim\limits_{x\to 3}f(x)=\lim\limits_{x\to 3}(x+3)=6. - Süreksizliği gidermek için
f(3), limite eşit tanımlanmalıdır.
f(3)=6.f(x)=\begin{cases}3x-1,& x\le 2\\ x+c,& x>2\end{cases} fonksiyonu x=2 noktasında sürekli olacak şekilde c değerini bulunuz.
f(2)değeri:x\le 2parçası geçerli:f(2)=3\cdot 2-1=5.- Soldan limit:
\lim\limits_{x\to 2^{-}}f(x)=3\cdot 2-1=5. - Sağdan limit:
\lim\limits_{x\to 2^{+}}f(x)=2+c. - Süreklilik koşulu:
2+c=5\Rightarrow c=3.
c=3.f(x)=\dfrac{x-4}{x^{2}-16} fonksiyonunun süreksiz olduğu x değerlerini ve her birindeki süreksizlik türünü belirleyiniz.
- Payda
x^{2}-16=(x-4)(x+4)olduğundan süreksizlik adaylarıx=4vex=-4tür. x\ne 4için sadeleştir:\dfrac{x-4}{(x-4)(x+4)}=\dfrac{1}{x+4}.x=4:\lim\limits_{x\to 4}\dfrac{1}{x+4}=\dfrac{1}{8}sonlu;f(4)tanımsız\Rightarrowkaldırılabilir süreksizlik.x=-4:\dfrac{1}{x+4}ifadesinde payda sıfıra gider, limit\pm\infty\Rightarrowsonsuz süreksizlik.
x=4 te kaldırılabilir, x=-4 te sonsuz süreksizlik.f(x)=\begin{cases}\dfrac{x^{2}-4}{x-2},& x\ne 2\\ k,& x=2\end{cases} fonksiyonu her reel sayıda sürekli ise k kaçtır?
x\ne 2için sadeleştir:\dfrac{x^{2}-4}{x-2}=\dfrac{(x-2)(x+2)}{x-2}=x+2.- Limiti al:
\lim\limits_{x\to 2}f(x)=2+2=4. - Süreklilik için
f(2)=\lim\limits_{x\to 2}f(x)olmalı:k=4.
k=4.f(x)=\begin{cases}ax+3,& x<-1\\ x^{2}-bx,& x\ge -1\end{cases} fonksiyonu x=-1 de sürekli ve f(-1)=4 ise a+b kaçtır?
f(-1)değeri:x\ge -1parçası:f(-1)=(-1)^{2}-b(-1)=1+b. Verilene göre1+b=4\Rightarrow b=3.- Sağdan limit:
\lim\limits_{x\to -1^{+}}f(x)=1+b=4. - Soldan limit:
\lim\limits_{x\to -1^{-}}f(x)=a(-1)+3=-a+3. - Süreklilik:
-a+3=4\Rightarrow a=-1. Buradana+b=-1+3=2.
a+b=2.g(x)=\dfrac{x+5}{x^{2}-x-6} rasyonel fonksiyonu hangi x değerlerinde süreksizdir?
- Rasyonel fonksiyon, paydayı sıfır yapan noktalar dışında süreklidir.
- Paydayı çarpanlara ayır:
x^{2}-x-6=(x-3)(x+2). - Payda sıfır olur:
x-3=0\Rightarrow x=3vex+2=0\Rightarrow x=-2. - Pay (
x+5) bu değerlerde sıfır olmadığından sadeleşme yoktur; her ikisinde de süreksizdir.
x=3 ve x=-2 noktalarında süreksizdir.f(x)=\begin{cases}x+a,& x\le 0\\ \dfrac{\sin 2x}{x},& x>0\end{cases} fonksiyonu x=0 da sürekli ise a kaçtır?
f(0)değeri:x\le 0parçası:f(0)=0+a=a.- Soldan limit:
\lim\limits_{x\to 0^{-}}f(x)=0+a=a. - Sağdan limit:
\lim\limits_{x\to 0^{+}}\dfrac{\sin 2x}{x}=\lim\limits_{x\to 0^{+}}2\cdot\dfrac{\sin 2x}{2x}=2\cdot 1=2. - Süreklilik koşulu:
a=2.
a=2.Sınav Tarzı Sorular
Aşağıdaki sorular, ÖSYM'nin AYT'de sorduğu çok kavramlı, dolaylı (5 şıklı) soru tarzına örnek olarak özgün biçimde hazırlanmıştır.
f(x)=\begin{cases}\dfrac{x^{2}-ax+b}{x-3},& x\ne 3\\[2mm] c,& x=3\end{cases} fonksiyonu x=3 noktasında süreklidir. Ayrıca x\ne 3 için pay, (x-3) ile tam bölünmekte ve bölümün diğer çarpanı (x-2) olmaktadır.
Buna göre a+b+c kaçtır?
A) 8 · B) 10 · C) 11 · D) 12 · E) 14
- Pay tam bölünüp bölümün diğer çarpanı
(x-2)olduğundan:x^{2}-ax+b=(x-3)(x-2)=x^{2}-5x+6. - Katsayıları eşitle:
a=5veb=6. x\ne 3içinf(x)=\dfrac{(x-3)(x-2)}{x-3}=x-2.- Süreklilik için
c=\lim\limits_{x\to 3}f(x)=\lim\limits_{x\to 3}(x-2)=1. - Sonuç:
a+b+c=5+6+1=12.
12f(x)=\begin{cases}2x+a,& x<1\\ x^{2}+b,& 1\le x\le 2\\ bx-3,& x>2\end{cases} fonksiyonu tüm reel sayılarda süreklidir.
Buna göre a\cdot b çarpımı kaçtır?
A) 35 · B) 40 · C) 42 · D) 48 · E) 56
- Her parça kendi aralığında polinom olduğundan, yalnız
x=1vex=2birleşme noktalarını sınarız. x=2noktası: Soldan\lim\limits_{x\to 2^{-}}f(x)=2^{2}+b=4+b, sağdan\lim\limits_{x\to 2^{+}}f(x)=b\cdot 2-3=2b-3.- Eşitle:
4+b=2b-3\Rightarrow b=7. x=1noktası: Soldan\lim\limits_{x\to 1^{-}}f(x)=2\cdot 1+a=2+a, sağdan\lim\limits_{x\to 1^{+}}f(x)=1^{2}+b=1+b.- Eşitle:
2+a=1+b=1+7=8\Rightarrow a=6. - Sonuç:
a\cdot b=6\cdot 7=42.
42f(x)=\begin{cases}\dfrac{\sqrt{x+4}-2}{x},& x\ne 0\\[2mm] a,& x=0\end{cases} fonksiyonu x=0 noktasında süreklidir.
Buna göre 8a kaçtır?
A) 1 · B) 2 · C) 3 · D) 4 · E) 6
x\ne 0için ifadeyi eşleniğiyle genişlet:\dfrac{\sqrt{x+4}-2}{x}\cdot\dfrac{\sqrt{x+4}+2}{\sqrt{x+4}+2}=\dfrac{(x+4)-4}{x\left(\sqrt{x+4}+2\right)}.- Sadeleştir:
\dfrac{x}{x\left(\sqrt{x+4}+2\right)}=\dfrac{1}{\sqrt{x+4}+2}. - Limiti al:
\lim\limits_{x\to 0}f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{4}+2}=\dfrac{1}{4}. - Süreklilik için
a=\lim\limits_{x\to 0}f(x)=\dfrac{1}{4}. - Sonuç:
8a=8\cdot\dfrac{1}{4}=2.
2f(x)=\begin{cases}\dfrac{\sin 4x}{x},& x<0\\[2mm] x^{2}+a,& 0\le x<2\\[1mm] bx-2,& x\ge 2\end{cases} fonksiyonu tüm reel sayılarda süreklidir.
Buna göre a+b kaçtır?
A) 5 · B) 6 · C) 7 · D) 8 · E) 9
İki birleşme noktası var: x=0 ve x=2. Her birinde soldan limit = sağdan limit =f değeri olmalı. x<0 parçasında \frac{\sin 4x}{x}\to 4 temel limitini kullan.
-
x=0noktası: Soldan (x<0):\lim\limits_{x\to 0^{-}}\dfrac{\sin 4x}{x}=4(temel limit;\frac{\sin 4x}{x}=4\cdot\frac{\sin 4x}{4x}\to 4). -
Sağdan (
0\le x<2, kuralx^{2}+a):\lim\limits_{x\to 0^{+}}(x^{2}+a)=a, ayrıcaf(0)=a. -
Süreklilik için
4=a\Rightarrow a=4. -
x=2noktası: Soldan (0\le x<2):\lim\limits_{x\to 2^{-}}(x^{2}+a)=4+a=4+4=8. -
Sağdan (
x\ge 2, kuralbx-2):f(2)=2b-2. Süreklilik için2b-2=8\Rightarrow b=5. -
İstenen:
a+b=4+5=9.
9f(x)=\begin{cases}\dfrac{x^{2}-x-6}{x-3},& x\ne 3\\[2mm] m,& x=3\end{cases} fonksiyonu x=3'te sürekli; g(x)=\dfrac{x+1}{x^{2}-2x-3} fonksiyonu ise x=n noktasında kaldırılabilir süreksizliğe sahiptir.
Buna göre m+n kaçtır?
A) 2 · B) 3 · C) 4 · D) 5 · E) 6
f için sadeleştirip x=3 limitini al. g için paydayı çarpanlara ayır; pay ile sadeleşen kök kaldırılabilir süreksizlik (delik) verir.
-
f: Payx^{2}-x-6=(x-3)(x+2), sadeleştir:\dfrac{(x-3)(x+2)}{x-3}=x+2(x\ne 3). Limit\lim\limits_{x\to 3}(x+2)=5. Süreklilik içinm=5. -
g: Paydax^{2}-2x-3=(x-3)(x+1). Süreksizlik adaylarıx=3vex=-1. -
Pay
x+1, paydadaki(x+1)ile sadeleşir:g(x)=\dfrac{x+1}{(x-3)(x+1)}=\dfrac{1}{x-3}(x\ne -1). -
x=-1sadeleştiği için orada kaldırılabilir süreksizlik (delik) vardır;x=3ise sonsuz süreksizliktir. O hâlden=-1. -
İstenen:
m+n=5+(-1)=4.
4f(x)=x^{3}+x-3 fonksiyonu \mathbb{R}'de süreklidir.
Ara Değer Teoremi'ne göre, f fonksiyonunun bir kökü aşağıdaki aralıklardan hangisinde kesinlikle vardır?
A) (-1,0) · B) (0,1) · C) (1,2) · D) (2,3) · E) (3,4)
f sürekli olduğundan, uç noktalarda işaret değiştiren (f(a)\cdot f(b)<0) aralıkta en az bir kök vardır.
-
Polinom her yerde sürekli; Ara Değer Teoremi uygulanabilir. Uç değerlerin işaretine bak.
-
f(0)=0+0-3=-3<0. -
f(1)=1+1-3=-1<0. İşaret değişmedi,(0,1)garanti değil. -
f(2)=8+2-3=7>0.f(1)=-1<0ilef(2)=7>0arasında işaret değişti:f(1)\cdot f(2)<0. -
Süreklilik
+işaret değişimi\Rightarrow(1,2)aralığında en az bir kök kesinlikle vardır.
(1,2)Sık Yapılan Hatalar
- Sadece limitin varlığını kontrol edip
\lim\limits_{x\to a}f(x)=f(a)koşulunu atlamak. Limit var diye fonksiyon sürekli olmaz; limitinf(a)'ya eşit olması da şarttır. - Kaldırılabilir ile sıçrama süreksizliğini karıştırmak. Kaldırılabilirde limit vardır (soldan = sağdan); sıçramada soldan ile sağdan limit farklıdır.
- Parçalı fonksiyonda tek taraftan limit almak. Birleşme noktasında hem soldan hem sağdan limit hesaplanmalı; çoğu hata yalnız bir parçayı kullanmaktan doğar.
- Sonsuz süreksizliği "kaldırılabilir" sanmak. Limit
\pm\inftyise hiçbir değer atayarak süreklilik sağlanamaz.
Sınav İpucu
- Süreklilik sorusunda üç koşulu sırayla yaz:
f(a)tanımlı mı, limit var mı, limit=f(a)mı? - Parçalı fonksiyon parametresinde tek kurtarıcı denklem:
\lim\limits_{x\to a^{-}}f(x)=\lim\limits_{x\to a^{+}}f(x)=f(a). - Süreksizlik türünü belirlemek için önce soldan ve sağdan limitlere bak: ikisi de sonlu ve eşit
\Rightarrowkaldırılabilir; sonlu ama farklı\Rightarrowsıçrama; biri\pm\infty\Rightarrowsonsuz. - Rasyonel fonksiyonlarda süreksizlik adayları, paydayı sıfır yapan
xdeğerleridir; her birinde payı çarpanlarına ayırıp sadeleşip sadeleşmediğine bak.