Funktion raja-arvo

Funktion raja-arvo on luku, jota funktion arvot lähestyvät rajatta, kun muuttujan arvo lähestyy jotakin lukua tai ääretöntä (ns. epäoleellinen raja-arvo). Raja-arvoa ei välttämättä ole olemassa, tai funktion arvot voivat lähestyä positiivista tai negatiivista ääretöntä, jolloin sanotaan, että funktio kasvaa (vähenee) rajatta.

Raja-arvoa merkitään yleensä seuraavilla tavoilla, jotka kummatkin tarkoittavat samaa kuin "funktion $f$ arvo lähestyy rajatta arvoa $b$, kun muuttujan $x$ arvo lähestyy arvoa $a$":

$$\begin{equation*} f(x) \to b \:\text{kun } x \to a \end{equation*}$$

eli toisin sanoen

$$\begin{equation*}\lim_{x \to a}f(x)=b\end{equation*}$$

Määritelmä

Funktiolla $f(x)$ on raja-arvo $L$ kohdassa $a$, jos funktion toispuoleiset raja-arvot lähestyttäessä kohtaa $a$ ovat samat ja äärelliset (kuvaaja lähestyy samaa arvoa kohti riippumatta siitä, tullaanko vasemmalta vai oikealta):

$$\begin{equation}\lim_{x\to a+}f(x)=\lim_{x\to a-}f(x)=L, \end{equation}$$

jossa luku $L$ on äärellinen.

Esimerkkejä

1. $\displaystyle{\lim_{x\to 2}\left (x^{2}-3x+1\right )=2^{2}-3\cdot2+1 = 4-6+1=-1}$ (polynomilla raja-arvo on polynomin arvo kyseisessä kohdassa)
2. $\displaystyle{\lim_{x\to 0+}\left (\frac{1}{x}\right )=\infty }$ (funktio kasvaa rajatta, kun muuttuja lähestyy nollaa oikealta)
3. $\displaystyle{\lim_{x\to 0-}\left (\frac{1}{x}\right )=-\infty }$ (funktio vähenee rajatta, kun muuttuja lähestyy nollaa vasemmalta)
4. $\displaystyle{\lim_{x\to \infty}\left (\frac{1}{x}\right )=0 }$ (epäoleellinen raja-arvo)