3.2 函数的连续性

1 函数连续性的定义

函数的连续性

f(x)x0 的某个邻域里有定义, 且

limxx0f(x)=f(x0),

则称 x0f(x)连续点, 也即 f (x) 在 x0连续.
这种表述也等价于 ε>0,δ>0,xo(x0,δ):|f(x)f(x0)|<ε.

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.

左右连续

  • limxx0+f(x)=f(x0), 则称 f(x)x0右连续.
  • limxx0f(x)=f(x0), 则称 f(x)x0左连续.

定理

由定义立即看出, f(x)x0 处连续 f(x)x0 处左连续, 且 f(x)x0 处右连续:

limxx0+f(x)=limxx0f(x)=f(x0).
区间连续

  • f(x)(a,b) 内每一点处连续, 则记 f(x)C(a,b).
  • f(x)C(a,b), 且在 a 处右连续, 在 b 处左连续, 则记 f(x)C[a,b].

2 间断点

间断点

x0 的任意去心邻域与定义域的交不空, 若 f(x)x0 处不连续, 则称 f(x)x0间断.
间断的情形有三类:

  1. 第一类是 f(x)x0 处没有定义.
  2. 第二是 f(x)x0 处有定义, 但 limxx0f(x) 不存在.
  3. 第三是 f(x)x0 处有定义, 且 limxx0f(x) 存在, 但 limxx0f(x)f(x0).

limxx0f(x)=, 则称 x0f(x)无穷间断点.
limxx0+f(x),limxx0f(x) 存在但不相等, 则称 x0f(x)跳跃间断点.
limxx0f(x) 存在, 但 limxx0f(x)f(x0), 则称 x0f(x)可去间断点.

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 x0 处存在单侧极限. 将无穷间断点归入第二类间断点, 除无穷间断点外的第二类间断点称为震荡间断点.

3 连续函数的性质

连续函数的性质

f(x),g(x)x0 处连续, 则有:

  1. 局部有界性 M>0,δ0>0,xo(x0,δ0):|f(x)|M.
  2. 局部保号性f(x0)>0, 则 0<l<1,δ0>0,xo(x0,δ0):f(x)>lf(x0)>0.
  3. 局部不等式性f(x0)>g(x0), 则 δ0>0,xo(x0,δ0):f(x)>g(x).
  4. {xn} 收敛 (且 limnxn 存在), limnf(xn)=f(limnxn).
  5. 四则运算f(x),g(x)x0 处连续, 则 (f±g)(x),(fg)(x),(fg)(x)x0 处连续 (这里 g(x0)0).
  6. 复合运算limuu0f(u)=f(u0),limxx0g(x)=g(x0),u0=g(x0), 则 (fg)(x)x0 处连续.
反函数的连续性

y=f(x) 在区间 I 上严格单调, y=f(x)C(I), 则 f1(y)C(J), 其中 J=f(I).

连续函数的性质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

一致连续性

y=f(x) 在区间 E 上连续, 并且: ε>0,δ>0,x,xE, 且 |xx|<δ:|f(x)f(x)|<ε, 则称 f(x)E一致连续, 记为 f(x)U.C(E).

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 f(x)U.C(E) 等价于

ε0>0,δ>0,x,xE,|xx|<δ:|f(x)f(x)|ε0.

进一步地, 也等价于

ε0>0,{xn},{xn}E,limn|xnxn|=0,|f(xn)f(xn)|ε0.

由定义显然可以得到:

Lipshitz 条件

L>0,x,yE:|f(x)f(y)|L|xy|f(x)U.C(E).