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[理学]Chapter04-函数的连续性
§2 连续函数的性质 一、连续函数的局部性质 定理4.2(局部有界性) 若函数?在点x0连续,则?在某U(x0)内有界。 定理4.3(局部保号性) 函数?在点x0连续,且?(x0)0(或0),则对任何正数r?(x0)(或r-?(x0)),存在某U(x0),使得对一切x∈U(x0)有?(x)r(或?(x)-r). 根据函数极限的性质 ,下面的结论是显然的。 定理4.4(四则运算) 若函数?和g在点xo连续,则?+g,?-g,?·g,?/g(这里g(x0)≠0)也都在点x0连续。 1. 多项式函数 P(x)=a0xn+a1xn-1+…+an-1x+an 在其定义域的每一点都是连续的。 2. 有理函数 R(x)=P(x)/Q(x)(P,Q为多项式) 在其定义域的每一点都是连续的。 3. 六个三角函数在定义域的每一点都连续。 定理4.5(复合函数的连续性)若函数 ? 在点x0连续,g在点u0连续,u0=?(x0), 则复合函数 g°? 在点x0连续。 定理4.5可推广为 若函数 ? 在点 x0 有极限 a,g 在点 u0=a 连续, 则复合函数 g°? 在点 x0 有极限, 思考题: 若 问: 是否一定为 答曰:不一定。 如: 但 不存在! 因为 当我们加上条件 结论就是肯定的!! 证 将上两步合起来: 例1 例2 处处连续 (由此看到,不连续的函数复合之后可能连续) 故x =0是可去间断点。 = + ? x x x 1 0 ) 1 sin( lim )) ( lim ( )) ( ( lim 0 0 x f g x f g x x - - ? ? = )) ( lim ( )) ( ( lim 0 0 x f g x f g x x + + ? ? = 二、 闭区间上连续函数的基本性质 例如,sin x在[0,π]上有最大值1,最小值0。 ?(x)=x在(0,1)上即无最大值也无最小值。 定义1 设?为定义在数集D上的函数。若存在x0∈D,使得对一切x∈D有 ?(x0)≥ ?(x) (?(x0)≤?(x)), 则称?在D上有最大(最小)值,并称?(x0)为?在D上的最大(最小)值。 定理4.6(最大值和最小值定理) 在闭区间上连续的函数一定有最大值和最小值. 注意:1.若区间是开区间, 定理不一定成立; 2.若区间内有间断点, 定理不一定成立. 推论(有界性定理) 在闭区间上连续的函数一定在该区间上有界. 证 M B C A m a b 定理4.7(介值性定理) 设函数?在闭区间[a,b]上连续,且?(a)≠?(b)。 几何解释: 若c为介于?(a)与?(b)之间的任何实数(?(a)c?(b)或?(a)c?(b)), 则至少存在一点x0∈(a,b),使得?(x0)=c。 推论1(根的存在定理) 若函数?在闭区间[a,b]上连续,?(a)与?(b)异号(即?(a)?(b)0), 几何解释: 则至少存在一点x0∈(a,b),使得?(x0)=0, 即方程?(x)=0在(a,b)内至少有一根。 推论2 若?在区间I上连续且不是常量函数,则值域?(I)也是一个区间; 特别,若I为闭区间[a,b],?在[a,b]上的最大值为M,最小值为m,则?([a,b])=[m,M]; 又若?为[a,b]上的增(减)连续函数且不为常数,则 ?([a,b])=[?(a),?(b)] ([?(b),?(a)]). 例1 证 例2 证 由零点定理, y f(b) b y=f(x) a y=x f(a) O a b x 定理4.8 严格单调的连续函数必有严格单调的连续反函数. 例如, 反三角函数在其定义域内皆连续. 三、 反函数的连续性 定理4.8 严格单调的连续函数必有严格单调的连续反函数. 证明 f(b) f(a) b a 不妨设f(x)在[a,b]严格增, 由f(x) 严格增,有 四、 一致连续性 f(x) 在某个区间 I(或开,或闭)连续,指得是f(x) 在 I 中每一点都连续,即 这就是函数在区间上的一致连续性问题。 北方工业大学数学系 数学分析 §1 连续性概念 §2 连续函数的性质 §3 闭区间上连续函数的性质 §1 连续函数的概念 当自变量时间 t 变化无限小时,这些
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