L08_24Continuity证明连续的四则运算连续的合成函数pdf
- 格式:pdf
- 大小:272.86 KB
- 文档页数:4
连续函数的运算及其基本性质1.连续函数的四则运算设函数f (x )、g (x ), f i (x ) 在点x 0 处连续, , )(=)(lim 00x f x f x x →则),,2,1()(=)(lim 00n x f x f i i x x →即,)(=)(lim 00x g x g x x →)()()]()([lim 000x g x f x g x f x x ±=±→(1)有限个在点x 0 处连续函数的和仍是一个在点x 0 处连续的函数. 即)()()( )]()()([lim 00201210x f x f x f x f x f x f n n x x +++=+++→)()()]()([lim 000x g x f x g x f x x =→(2) 有限个在点x 0 处连续的函数之积仍是一个在点x 0 处的连续函数.即)()()()]()()([lim 00201210x f x f x f x f x f x f n n x x =→()0)( )()()(lim )(lim )()(lim 00000≠==→→→x g x g x f x g x f x g x f x x x x x x (3) 两个在点x 0 处连续函数的商, 当分母不为零时, 仍是一个在点x 0处连续函数. 即则函数、设),()()(I C x g x f ∈)},(),({min =)(1x g x f x h Ix ∈)}(),({max =)(2x g x f x h Ix ∈. 内连续在区间I,2|)()(|)()()(1x g x f x g x f x h --+=由,2|)()(|)()()(2x g x f x g x f x h -++=.,立即可证法则运用连续函数四则运算 例1证反函数的连续性Oxyy = f -1(x ) 的图形只是y = f (x ) 的图形绕直线y = x 翻转180º而成, 故单调性连续性仍保持.从几何上看:x =f -1(y )与y =f (x )的图形相同,连续性保持.从而, 单调性、)(1y f x -=)(x f y =)(1x f y -=设函数y = f (x ) 在区间I 上严格单调增加(减少) 且连续,则其反函数)(=1y f x 在相应的区间I*={y |y =f (x ),x I }上严格单调增加(减少)且连续.(反函数连续性定理)定理1xy2π-2π1-1O增加单调 ) ]1 ,1[ (arcsin -∈=C x y 2π-2πxy1-1O增加单调 ) ]2,2[ (sin ππ-∈=C x y 例2设函数u = ϕ(x ) 在点x 0 处连续, 且u 0=ϕ(x 0),函数y =f (u )在u 0处连续.若复合函数y =f (ϕ(x ))在U(x 0) 内则y = f (ϕ(x )) 在x 0 点处连续.有定义,(复合函数连续性定理)定理2在定理2的条件下,))(lim (=))((lim 00x h f x h f x x x x →→在定理2 的条件下, 极限符号可与连续函数符号交换顺序.推论x x x x e e 202sin lim sin 0=lim →→1==0e 求x x e 2sin 0lim →例3解求x x x x sin ln lim 0→y = ln u 在其定义域内连续,,0=sin =处无定义在点 x x x u ,1=sin lim 0 x x x →但故=sin ln lim 0x x x →0=1ln =]sin lim [ln 0 xx x →(y = ln u 在u = 1 处连续)例4解函数g(x)h(x)称为幂指函数,它的定义域一般应要求g(x)>0.当g(x) 与h(x) 均为连续函数, 且g(x) > 0时, 幂指函数g(x)h(x) 也是连续函数.四.初等函数的连续性基本初等函数在其定义域内是连续的.初等函数在其有定义的区间内连续.求x x x x arctan )2ln(+lim 21→=arctan )2ln(+lim 21x x x x →π4=1arctan )12ln(+12连续性给极限运算带来很大方便.例5解,+)2(+2lim =)(2连续性讨论函数n nn n x x x f ∞→ .0,≥x 其中有时当,210≤≤x 1)002()2(202=++→++n n n x x 有时当,2<<21x x x x x x x x n n n n n n 2)010(221)2(22)2(202=++→⎪⎭⎫ ⎝⎛++=++例6解有时当,x ∞≤+<2202222)100(122)2(2x x x x x x x n nn n n n =++→+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=++⎪⎩⎪⎨⎧+<<<=∞≤≤≤x x x /x x x f 222122/101)(2 ,, , 故由于初等函数在其有定义的区间内是连续的,.)+,2(),,21(),21,0[)(,内是连续的在所以∞2x f, 1=)(lim 21x f x →又, 1=)(lim +21x f x →, 4=)(lim 2x f x →, 4=)(lim +2x f x →, 1=)21(f , 4=)2(f . ) )+,0[()(,∞∈C x f 从而。
叙述与证明二元连续函数的四则运算法则二元连续函数的四则运算法则是指对于任意两个连续函数$f(x)$和$g(x)$,它们的加、减、乘、除四则运算仍然是连续函数。
具体地,加法运算规定为$(f+g)(x)=f(x)+g(x)$,减法运算规定为$(f-g)(x)=f(x)-g(x)$,乘法运算规定为$(ftimes g)(x)=f(x)times g(x)$,而除法运算则要求除数$g(x)$在定义域内不为$0$,并且规定为$left(frac{f}{g}right)(x)=frac{f(x)}{g(x)}$。
为了证明这些运算仍然是连续函数,我们需要利用连续函数的定义和基本性质,下面分别进行叙述和证明。
1. 连续函数的定义如果函数$f(x)$在点$x_0$处的极限值等于$f(x_0)$,即$limlimits_{xto x_0}f(x)=f(x_0)$,则称函数$f(x)$在点$x_0$处连续。
2. 连续函数的基本性质(1)连续函数的和、差、积、商仍然是连续函数。
(2)有限个连续函数的复合仍然是连续函数。
(3)连续函数在闭区间上取到最大值和最小值。
3. 叙述与证明四则运算法则(1)加法运算的叙述对于任意两个连续函数$f(x)$和$g(x)$,它们的和$f(x)+g(x)$仍然是连续函数。
证明:由连续函数的定义可知,对于任意$varepsilon>0$,存在$delta_1>0$和$delta_2>0$,使得当$|x-x_0|<delta_1$时,有$|f(x)-f(x_0)|<frac{varepsilon}{2}$,当$|x-x_0|<delta_2$时,有$|g(x)-g(x_0)|<frac{varepsilon}{2}$。
取$delta=min{delta_1,delta_2}$,则当$|x-x_0|<delta$时,有begin{aligned}|(f+g)(x)-(f+g)(x_0)|&=|f(x)+g(x)-f(x_0)-g(x_0)|&=|(f(x)-f(x_0))+(g(x)-g(x_0))|&leq|f(x)-f(x_0)|+|g(x)-g(x_0)|&<frac{varepsilon}{2}+frac{varepsilon}{2} &=varepsilonend{aligned}因此,函数$f+g$在点$x_0$处连续,证毕。
连续函数的四则运算法则1.加法运算:对于两个连续函数f(某)和g(某)的加法运算,结果为h(某)=f(某)+g(某)。
根据连续函数的定义,若f(某)和g(某)在某一点某0连续,那么h(某)=f(某)+g(某)在某0也连续。
2.减法运算:对于两个连续函数f(某)和g(某)的减法运算,结果为h(某)=f(某)-g(某)。
根据连续函数的定义,若f(某)和g(某)在某一点某0连续,那么h(某)=f(某)-g(某)在某0也连续。
3.乘法运算:对于两个连续函数f(某)和g(某)的乘法运算,结果为h(某)=f(某)·g(某)。
在乘法运算中,连续函数的连续性不一定成立,因此需要额外的条件。
若f(某)和g(某)在某一点某0连续,且至少其中一个函数在某0不为零,则h(某)=f(某)·g(某)在某0连续。
4.除法运算:对于两个连续函数f(某)和g(某)的除法运算,结果为h(某)=f(某)/g(某)。
在除法运算中,需要满足除数g(某)不等于零,并且在整个定义域上g(某)都连续。
根据连续函数的定义,若f(某)和g(某)在某一点某0连续,且g(某0)不等于零,则h(某)=f(某)/g(某)在某0也连续。
需要注意的是,在使用连续函数的四则运算法则时,还需要考虑定义域的交集。
即,结果函数h(某)的定义域应为f(某)和g(某)的定义域的交集。
此外,还需要注意特殊情况。
例如,在乘法运算中,当f(某)和g(某)同时为零时,结果是一个不连续的函数。
在除法运算中,如果在某些点上g(某)为零,则应将这些点从结果函数的定义域中排除。
综上所述,连续函数的四则运算法则是在满足一定条件下对连续函数进行加、减、乘、除运算的规则。
根据定义域和函数值的连续性,可以确定结果函数的连续性。
叙述与证明二元连续函数的四则运算法则二元连续函数指的是具有两个自变量的连续函数。
在数学中,四则运算是指加法、减法、乘法和除法。
我们将详细叙述并证明二元连续函数的四则运算法则。
首先,我们将讨论二元连续函数的加法法则。
加法法则:如果f(x,y)和g(x,y)都是定义在一些区域D上的二元连续函数,那么它们的和函数h(x,y)=f(x,y)+g(x,y)也是定义在D上的二元连续函数。
证明:为了证明h(x,y)是连续函数,我们需要证明对于任意给定的ε>0,存在一些δ>0,使得当,(x-x0,y-y0),<δ时,h(x,y)-h(x0,y0),<ε。
由于f(x,y)和g(x,y)都是连续函数,所以对于任意给定的ε/2>0,存在一些δ1>0,使得当,(x-x0,y-y0),<δ1时,f(x,y)-f(x0,y0),<ε/2同样地,对于给定的ε/2>0,存在一些δ2>0,使得当,(x-x0,y-y0),<δ2时,g(x,y)-g(x0,y0),<ε/2我们可以令δ = min(δ1, δ2),那么当,(x - x0, y - y0), <δ时,有:h(x,y)-h(x0,y0),=,f(x,y)+g(x,y)-f(x0,y0)-g(x0,y0=,f(x,y)-f(x0,y0)+g(x,y)-g(x0,y0≤,f(x,y)-f(x0,y0),+,g(x,y)-g(x0,y0<ε/2+ε/2=ε。
因此,h(x,y)是连续函数。
接下来,我们将讨论二元连续函数的减法法则。
减法法则:如果f(x,y)和g(x,y)都是定义在一些区域D上的二元连续函数,那么它们的差函数h(x,y)=f(x,y)-g(x,y)也是定义在D上的二元连续函数。
证明:与加法法则类似,我们可以证明,h(x,y)-h(x0,y0),<ε,满足连续函数的定义。
接下来,我们将讨论二元连续函数的乘法法则。
D ifferentialand integral calculusD ifferential and integral calculus一、连续函数的四则运算法则在其定义域内连续在某点连续的有限个函数经有限次和, 差,积, 商(分母不为0) 运算, 结果仍是一个在该点连续的函数.定理1例1二、复合函数的连续性00lim (),(),x x x u f u u φ→=若函数在处连续则有lim ()u u f u →0(lim ())x x f x φ→=连续函数的复合函数是连续的.设函数00().x u φ=且则复合函数lim ()u u f u →()0()f x φ=定理2定理3连续单调递增函数的反函数也连续单调递增(递减)(递减).三、反函数的连续性定理4连续单调递增.反三角函数在其定义域内是连续的。
例2在上连续单调递增,sin y x =其反函数在[-1,1] 上也arccos y x =(,)−∞+∞(0,1)x y a a a =>≠在定义域内连续.log xa y =在定义域(0,)+∞内连续.指数函数对数函数y x μ=(0,)x ∈+∞log ,xauaa μ==幂函数在其定义域内连续幂函数logx au μ=基本初等函数的连续性.连续函数经四则运算仍连续.连续函数的复合函数连续.一切初等函数在定义区间内连续例321y x =−的连续区间为(端点为单侧连续)lnsin y x =的连续区间为cos 1y x =−的定义域为因此它无连续点.例4lim ()0(()0,()1),x x u x a u x u x →=>>≡/则有0lim (),x x v x b →=()0()lim ()v x xxu x →ba =证e=e=()lim ()ln lim ()x x x x v x u x →→ln b a e =ba =()()lim ()v x x x u x →D ifferential and integral calculus例5求解原式3sin ln(12)xx +3x2x⋅四、初等函数的连续性。
lim(x→3)f(x)=3, lim(x→3)g(x)=0 and lim(x→c)h(x)=-2,
Compute lim(x→3)[3+g(x)/(f(x)-h(x))]=?
pf:Q:你要用定義還定理?A:定理,利用極限的四則運算。
∵ lim(x→3)3=3 and lim(x→3)g(x)=0∴ lim(x→3)[3+g(x)]=3+0=3
∵ lim (x→3)f(x)=3, lim(x→3)h(x)=-2∴ lim(x→3) [f(x)-h(x)]=3-(-2)=5 ∵ 5≠0 分母的極限不為0∴ lim(x→3)[3+g(x)/(f(x)-h(x))]=3/5
§ 2.4 Continuity
Let f:I→ℝ b e a function, where I ∈ ℝ.考慮此函數在f 的圖形。
若函數y=f(x)的圖形,在(c,f(c))上不斷時,在數學上我們就說此函數f(x)在c 點連續(continuous)=cont. 。
否則為,不連續(not continuous)=discontinuous。
在數學上By the way~原始是出自於圖形,當你講圖形的時候,圖形上是兩個座標(x,y),換成函數來講的時候,你只管說函數只管定義域,它的取值是對應域,在c 點是連續的,f 在c 點連續。
口語:若函數y=f(x)在(c,f(c))不斷時,則函數f 在c 點就在連續
x
y
Question:如何不透過畫圖形,而能過確定函數在某點c連不連續?
圖形上已有抽象概念,找到數學的建模。
你在圖形上看到什麼?也就是在靠近c 附近的點在c有沒有黏上去,一個是逼近c,一個是黏上去,也就是逼近c的極限值要等於函數值。
圖形在c點不斷時,表現出lim(x→c)f(x)=f(c)
Def:f is cont.at c if lim(x→c)f(x)=f(c).Otherwise f is discontinuous.
如果該點的極限值等於該點的函數值,則f在c點就連續。
如果該點的極限值不等於該點的函數值,則f在c點就不連續。
Q:等號不成立有兩種狀況?A:1.極限不存在2.極限值不等於函數值
Def:Let f:I→ℝbe a function f is cont. on I,if f is cont.at every point of I.
如果在整個區間上的每一點都連續,則函數在定義域上連續。
Question:哪些函數會連續呢?
Ans:在該點函數值等於極限值。
○1Polynomials are cont. on ℝ.
○2Rations function are cont.on their domain.定義域
○3|x| is cont. on ℝ.
○4√is cont on R+={x∈ℝ| x>0}。
R-={x∈ℝ| x<0}
如果隨便給你一個函數,問你是否連續?檢驗該函數在該點的極限值有沒有等於該點極限值,也就是就是要去算極限,我們不喜歡用的定義算極限,我們喜歡用定理算極限,也就是極限的四則運算。
Q:連續用極限來定的,極限有四則運算。
連續有沒有四則運算?A:有
Thm:(連續函數的四則運算)
If f and g are cont.at c,then
Q:在這個地方討論單點還整個區間?A:單點,因為整個區間由單點組成。
○1f+g is cont.at c.
○2α+g is cont.at c.
○3f×g is cont.at c.
○4If g(c)≠0,then f/g is cont.at c.
pf.從所求想起。
By the way~(f⋅g)=f(x)g(x)
○3To shat that lim(x→c)f(x)g(x)=f(c)g(c)函數在該點極限值等於該點函數值∵f is cont. at c∴lim(x→c)f(x)=f(c)從已知推得該點極限值等於該點函數值∵g is cont. at c∴lim(x→c)g(x)=g(c)從已知推得該點極限值等於該點函數值⇒lim(x→c)(f(x)g(x))=f(c)g(c)f與g極限存在,相乘的極限存在等於極限相乘⇒fg is cont. at c.從連續的定義,推得f(x)g(x)在c點連續。
e.g. Let F(x)=3|x|+(x3-x)/(x2-5x+6)+4.
Show that lim(x→0)F(x)=4?用連續算極限,算連續有1.定義、2.定理。
∵0-0+6≠0 ∴(x3-x)/(x2-5x+6) is defined at 0.因為分母不為0
⇒it is cont. at 0.
∵3|x| and 4 are cont. at 0. ∴F is cont. at 0.根據定理
⇒lim(x→c)F(x)=F(0)=0+0+4=4
現在算極限有三種方法1.用定義、2.用定理、3.用連續
Q:兩個函數除了四則運算還能做怎樣運算?A:合成函數
Q 合成函數造出來的多還是四則運算?
A:合成函數,數學上真正造出大量函數的是合成函數
兩個函數不一定能做合成。
合成函數的定義f→g 。
f:I→ℝ、g:I 1→ℝ。
x →f(x)=g(f(x)) 取決g(x)有沒有定義在在f(x)上,也就是f(x)落不落在g(x)定義域 f(x)定義域只能少,因為要滿足g(x),最好狀況是全部滿足。
Thm: If f is cont. at c and
g is cont. at f(c), then g(f(x)) is cont. at g(f(c)). Next time 證明它~ g。
f(x)=g(f(x))=(g。
f)f(x)。