第十五章 多元函数的极限与连续性
§1 平面点集
1.设(){}
,n n n P x y =是平面点列,()000,P x y =是平面上的点. 证明0lim n n P P →∞=的充要条件是0lim n n x x →∞=,且0lim n n y y →∞
=. 2. 设平面点列{}n P 收敛,证明{}n P 有界.
3. 判别下列平面点集哪些是开集、闭集、有界集和区域,并分别指出它们的聚点:
(1)(){}2,|E x y y x =
<; (2)(){}22,|1E x y x y =
+≠; (3)(){},|0E x y xy =
≠; (4)(){},|0E x y xy =
=; (5)(){},|02,222E x y y y x y =≤≤≤≤+;
(6)()1,|sin
,0E x y y x x ?
?==>????; (7)(){}22,|10,01E x y x y y x =
+==≤≤或; (8)(){},|,E x y x y =均为整数.
4.设F 是闭集,G 是开集,证明\F G 是闭集,\G F 是开集.
5.证明开集的余集是闭集.
6.设E 是平面点集. 证明0P 是E 的聚点的充要条件是E 中存在点列{}n P ,满足 ()01,2,n P P n ≠=且0lim n n P P →∞
=. 7.用平面上的有限覆盖定理证明致密性定理.
8.用致密性定理证明柯西收敛原理.
9.设E 是平面点集,如果集合E 的任一覆盖都有有限子覆盖,则称E 是紧集. 证明紧集是有界闭集.
10.设E 是平面上的有界闭集,()d E 是E 的直径,即
()()',''sup ',''P P E
d E r P P ∈=.
求证:存在 12,P P E ∈,使得()()12,r P P d E =.
11.仿照平面点集,叙述n 维欧氏空间中点集的有关概念 (如邻域、极限、开集、聚点、闭集、区域、有界以及一些基本定理等).
12.叙述并证明三维空间的波尔察诺-魏尔斯特拉斯致密性定理.
§2 多元函数的极限与连续性
1.叙述下列定义:
(1) ()00
lim ,x x y y f x y →→=∞; (2) ()lim ,x y f x y A →+∞→-∞
=; (3) ()lim ,x a y f x y A →→+∞=;
(4) ()lim ,x a y f x y →→+∞
=∞. 2.求下列极限(包括非正常极限):
(1) 22
00
lim x y x y x y →→++; (2) ()332200sin lim x y x y x y →→++;
(3)
220x y →→;
(4) ()22001lim sin x y x y x y
→→++; (5) ()222200lim ln x y x y x y →→+;
(6) 00
lim cos sin x y
x y e e x y →→+-; (7) 32242
00
lim x y x y x y →→+; (8) ()02sin lim
x y xy x →→;
(9)
1ln y x y x e →→+;
(10) 12
1lim 2x y x y →→-; (11) 44
00
1lim x y xy x y →→++; (12) 22
2200
1lim x y x y x y →→+++; (13) ()(
)22lim x y x y x y e -+→+∞→+∞+;
(14) 222lim x x y xy x y →+∞→+∞?
? ?+??. 3.讨论下列函数在()0,0点的全面极限和两个累次极限:
(1) ()2
22
,x f x y x y =+; (2) ()()11,sin sin f x y x y x y
=+; (3) ()()
,sin x y
e e
f x y xy -=; (4) ()()22
222,x y f x y x y x y =+-;
(5) ()33
2,x y f x y x y
+=+; (6) ()22
33,x y f x y x y
=+; (7) ()()4223
22232,x x y xy f x y x
y ++=+; (8) ()()44
324,x y f x y x y =+.
4.叙述并证明二元函数极限的局部有界性定理和局部保号性定理.
5.叙述并证明()00
lim ,x x y y f x y →→存在的柯西收敛准则. 6.试作出函数(),f x y ,使当()()00,,x y x y →时,
(1) 全面极限和两个累次极限都不存在;
(2) 全面极限不存在,两个累次极限存在但不相等;
(3) 全面极限和两个累次极限都存在.
7.讨论下列函数的连续范围:
(1) (
),f x y =;
(2) ()1,sin sin f x y x y
=; (3) ()[],f x y x y =+;
(4) ()33
,x y f x y x y +=+; (5) ()()sin , 0,,0, 0;xy y f x y y y ?≠?=??=?
(6) ()
2222sin 0,,0, 0;
xy x y f x y x y ?+≠=+=?
(7) ()0, ,, x f x y y x ?=??为无理数为有理数
;
(8) ()()2222222ln , 0,,0, 0;
y x y x y f x y x y ?++≠?=?+=?? (9) ()()222222, 0,, (0)0, 0,
p x x y x y f x y p x y ?+≠?+=>??+=?.
8.若(),f x y 在某区域G 内对变量x 连续,对变量y 满足利普希茨条件,即对任意 (),'x y G ∈和(),''x y G ∈,有 ()(),','''''f x y f x y L y y -≤-,
其中L 为常数,求证(),f x y 在G 内连续.
9.证明有界闭集上二元连续函数的最值定理和一致连续性定理.
10.设二元函数(),f x y 在全平面上连续,()22
lim ,x y f x y A +→∞=,求证: (1) (),f x y 在全平面有界;
(2) (),f x y 在全平面一致连续.
11.证明:若(),f x y 分别对每一变量x 和y 是连续的,并且对其中的一个是单调的,则(),f x y 是二元连续函数.
12.证明:若E 是有界闭域,(),f x y 是E 上的连续函数,则()f E 是闭区间.