函数连续
单变量函数的连续性
定义
Def(函数连续)
1. 有定义, , 处连续.
2. .
3. .
连续三要素: 有定义, 有极限,极限
注意
1. 处连续
2. 连续,不一定 连续
Def (单侧连续)
右连续:
左连续:
定理 连续
Def (区间上连续)
在区间 上每一点都连续,
连续 , 还要保证端点单侧连续
: 证明 上连续 (初等函数在定义域区间内都连续)
即证
: 只在 处连续 (一点连续得不到邻域连续)
𝕔
,
𝕔
无理数不连续,同理有理数不连续
, ,
连续
确定 连续
, , ,
都连续
,
欲连续, 同理
Def 间断点
第一类间断点: 都存在:
1. 可去间断
2. 跳跃间断, 称为跃度
第二类间断点: 至少一个不存在:
1. 无穷间断点,
2. 震荡间断点,
: 黎曼函数
证明每点极限为 并讨论连续性
互质
不满足 有限个在区间 内以 为分母的既约分数 有限
,
, 时不连续, 时连续
连续函数的运算
1. 初等函数在定义区间内是连续函数
2. 处连续, 均连续.
3.
4. , 上有反函数 上严格单调, 有相同的单调性与连续性
3: , 连续, 连续,
,
故有 ,得证
4:
1. 证明 且严格单调 有反函数:显然
2. 证明 有反函数 严格单调:假设不严格单调,则对 , 不在 之间.
不妨设 介于 ,由介值定理必 , 不可能有反函数(不一一对应),
矛盾
3. 证明反函数严格单调:不妨设 单调递增, ,同时为 定义域
1. 证明 单调递增: , ,
,矛盾,
2. 证明 : , ,
.
.由单调性,
,
,即连续
连续, ,求证 .
, ,为定值
, 间断点.
,则间断点在 处取得,余下讨论略
连续且 , 也在 连续.
,
闭区间上连续函数的性质
零点定理
: , ,得证;否则区间 中必有一个左端点取值为负,右端点取值为正.
重复上述操作,要么恰好在新区间中点处取值为零,得证;
若无,则得到一系列闭区间 满足上述条件,则由闭区间套定理, ,由函数连续性有
,
介值定理 , 能取到介于 之间的任意值
:设对任意 , ,得证
, .
, 上有 .
假设 上变号, , , 矛盾
.
,则由 , ,得证
, 内至少存在一点 ,使得
,
,
四式相加, , 中要么全为零,要么有正有负, 内至少存
在一点 ,使得 ,得证
有界性
:假设 上无界,
Bolzano-Weierstrass定理, 有收敛子列,设其中 .
由连续性可知 , 矛盾
最值定理
:假设上确界不一定在集合内, 内仅取得 . , 上能取到上界
则有 , 不是上确界,因此 必在 内取得,下确界同理
,则存在最大值 与最小值 ,由介值定理有 ,
则必有 ,得证
一致连续性 ,只要 则称 上一致连续
否定形式
闭区间 上定义的连续函数 ,一定在 上一致连续.
:假设并不一致连续: ,
由列紧性定理, 有子列 , , ,由连续性有
,
矛盾.
上不一致连续, 上一致连续.
:
不一致连续: . ,
然而 ,不一致连续( )
一致连续: ,
,一致连续( )