3.2 函数的连续性
1 函数连续性的定义
若
则称
这种表述也等价于
根据定义, 容易证明基本初等函数在定义域区间的每一点处连续.
- 若
, 则称 在 处右连续. - 若
, 则称 在 处左连续.
由定义立即看出,
- 若
在 内每一点处连续, 则记 . - 若
, 且在 处右连续, 在 处左连续, 则记 .
2 间断点
设
间断的情形有三类:
- 第一类是
在 处没有定义. - 第二是
在 处有定义, 但 不存在. - 第三是
在 处有定义, 且 存在, 但 .
若
若
若
将跳跃间断点和可去间断点统称为第一类间断点, 即它们都满足
是 的无穷间断点. 是 的跳跃间断点. 是 的可去间断点, 构造 即是连续函数. 是 的震荡间断点.
3 连续函数的性质
设
- 局部有界性
. - 局部保号性 若
, 则 . - 局部不等式性 若
, 则 . - 若
收敛 (且 存在), . - 四则运算 若
在 处连续, 则 在 处连续 (这里 ). - 复合运算 若
, 则 在 处连续.
- (1)(2)(3) 的证明可参考函数极限的性质中相关性质的证明.
- (4) 由 Heine定理, 结合连续性定义是显然的.
- (5) 结合函数极限的四则运算法则是显然的.
- (6) 由
得证.
设
不妨设
-
第一部分 证明
是区间. 即证明 , 也即证明 .
不妨设, 则 . 事实上, 令 , 则 非空, 且有上界 . 由确界原理知, . 下面要证 .
由于, 即 . 令 , 则有 .
另一方面,, 从而 . 再令 , 得 . 结合连续性 , 可得 , 因此 , 第一部分得证. -
第二部分 证明
.
, 不在端点处取值, 可令 , 则 .
任取, 令 , 取 , 则 :
则
从而
故得
当
由连续函数的性质和反函数的连续性可得, 初等函数在定义域内的每一个点连续, 在端点处左/右连续.
4 一致连续性
设
函数的连续性刻画的是一种局部性质, 而一致连续性刻画的是函数整体的性质, 函数具有一致连续性即要求函数的变化趋势不能过于“陡峭”.
由定义立得
进一步地, 也等价于
由定义显然可以得到: