连续函数的性质

发布 2022-09-22 22:26:28 阅读 6304

定理1.(有界性)若函数在闭区间[a,b]连续,则函数在闭区间[a,b]有界,即》0, [a,b],有||≤

在区间能取到最小值m与最大值m,即:使:与。

证明:根据定理3,数集有界。

设:sup用反证法:假使有由上确界的定义知:m不是数集的上确界,矛盾,于是,使。

定理3.(零点定理) 若函数在闭区间连续,且<0(即与异号),则在开区间(a,b)内至少存在一点,使=0

证明:不妨设<0, >0.用反证法,假设[a,b],有≠0,将闭区间二等分,分点为。

已知≠0,如果》0,则函数在闭区间的两个端点的函数值的符号相反;如果<0,则函数在闭区间[,b] 的两个端点的函数值的符号相反。于是两个闭区间与[,b]必有一个使函数在其两个端点的函数值的符号相反。将此闭区间表为,有<0,再将二等分,必有一个闭区间,函数在其两个端点的函数值的符号相反。

将此闭区间表为,有<0,用二分法无限进行下去,得到闭区间(),且。

1)[a,b

对每个闭区间,有<0,根据闭区间套定理(4.1定理1),存在唯一数属于所有的闭区间,且== 1)

而 [a,b],且≠0,设》0.一方面,已知函数在连续,根据连续函数的保号性, >0,:|即 ,有》0;另一方面,由(1)式,当n充分大时,有,已知<0,即函数在中某点的函数值小于0,矛盾。

于是,≯0.同法可证≮0.所以闭区间内至少存在一点,使=0.

二、 一致连续性。

已知: 在连续,即: ,限定。

取。于是: ,

由此看出,对同一,的不同的点,使上式成立的的大小不同,换句话说,的大小不仅与给定的有关,同时也与点在中的位置有关。

区间有无限多个,相应地存在无限多个,那么这无限多个中是否存在一个公用的,(即最小的),使, :呢?事实上,在区间上的连续函数中,有的存在公用的,有的不存在公用的。

(存在的,就是一致连续)

定义:设函数定义在区间上,若,, 则称函数在区间上一致连续(均匀连续)

比较与连续概念的异同。

在连续, ,

一致连续的,是任意的,与无关;连续中的是固定的,与有关。

一致连续是整体性质,是关于区间来谈的。

连续是局部性质,是针对区间中的一点来谈的。)

从定义可知: “一致连续连续”,但不能说“连续一致连续”。

非一致连续(在)定义。

例 定理4(一致连续性):若在连续,则在一致连续。

证法:应用反证法与致密性定理。

证明:假设函数在[a,b]非一致连续,即, [a,b]:|有。

取=1,, a,b]:|1,有。

取=,,a,b]:|有。

取=,,a,b]:|有。

这样的闭区间[a,b]构造两个有界数列{}与{}

根据致密定理(4.1定理5)数列{}存在收敛的子数列{},设= [a,b]

因为||<所以,也有=. 一方面,已知函数在连续,有||=0

即当充分大时,有||<

另一方面,,有||≥

矛盾,即函数在闭区间[a,b]一致连续。

定理指出:函数在闭区间上连续与一致连续等价。

证明:函数在内连续,函数在内一致连续的必要充分条件是与都存在。

3(3).证明:函数在一致连续。

证明:将分为。

, 取。于是, ,

即:在一致连续。又在连续, 在连续,因此在一致连续。即:

取,那么, ,且时,有, 或,

于是, ,即:在一致连续。

8.证明:若函数在连续,且,则函数在一致连续。

证明:已知。

即。又在连续, 在连续。因此在一致连续。即。取。

于是: ,即在一致连续。

例:用一致连续定义证明:若函数在与都一致连续,则函数在一致连续。

证明:已知在一致连续,在一致连续。

即。取 , 当, 或时,已有,若, ,则。

即。在上一致收敛。

取定自然数,使,即。

现将等分成个小区间:,,

故对, ,有,从而有。证毕。

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