当前课程知识点:微积分(先修课) > 第二章 连续函数 > 2.1 连续函数的概念 > 2.1.1 函数在一点连续的概念
同学们大家好
欢迎来到大学先修课
微积分课程
今天我们介绍第二章
连续函数
第一节连续函数的概念
连续现象是客观世界中最常见的现象
像岁月的流逝
植物的生长
物体的运动等都是连续的
函数的连续性
反应了函数在一点的值
与这点附近的
其他函数值之间的关系
是函数在一点的性质
如何刻画函数的连续性
连续函数具有什么样的性质
这就是我们在第二章要解决的问题
这一讲
我们主要介绍
函数在一点连续的定义
函数在一点连续的概念
我们直接给出函数在一点连续的定义
我们假设
函数f(x)在x0及其附近有定义
如果
函数在x0这点的极限存在
并且等于它在这点的函数值
那么
我们就称函数f(x)在x0这一点
是连续的
x0也称为函数f(x)它的连续点
如果我们用Δx表示
自变量在x0这点的改变量
而当自变量
它的改变量是Δx时
函数值发生的改变
我们用Δf(x0)来表示
那么函数在x0这点连续
也可以表示成
当自变量改变量Δx趋近于0时
它对应的函数值的改变量
Δf(x0)它的极限等于0
如果我们利用函数在一点极限的严格概念
函数在一点x0处连续
也可以说成是
对任意的正数ε
都存在正数δ
只要自变量的改变量的绝对值小于δ
我们就有
它对应的函数值改变量绝对值小于ε
这就是用ε δ语言
严格的刻画函数在一点
连续的性质
从
前面我们介绍的
函数在一点连续的概念
我们知道
函数的连续性
是函数的一种点性质
也就是说
函数f(x)在x0是否连续
与它在其他点是否连续
没有任何关系
比如对于函数f(x)
当x是有理数时
我们把它的函数值定义成x
x是无理数时
我们将
它的函数值定义为负x
从图上我们可以看出
无论x是取有理数
还是x是取无理数
那么当
x趋向于0时
它对应的函数值
都趋向于0
也就是说
函数f(x)在x趋向0时的极限等于0
而且
它在0这点的函数值f(0)也等于0
所以这个函数
在x等于0处是连续的
如果x0不等于0
我们知道
这个函数
在x趋向x0时
它的极限
并不存在
所以这个函数
在x不等于0时
都不是连续的
也就是说
这个函数
只有x等于0
这一个连续点
如果
我们从运算的角度来看
函数在一点的连续性
实际上是保证了
函数求值
与极限这两种运算
形式上看
它是满足交换律的
也就是
我们对
x求函数值之后
再让x趋近x0取极限
应该就等于
对x让x趋近x0先取极限
然后再求函数值
下面
我们利用函数在一点连续的概念
来做几个
具体的题目
第一个例题
如果
函数f(x)在x等于负1时
函数值等于a
在x不等于负1时
函数的表达式
是x方减1除上x加1
假设
这个函数在x等于负1处是连续的
我们来求a的值
这个题目
实际上就是要考察
什么叫函数在一点连续
因为这个函数在x等于负1处连续
所以说
它在负1的函数值a
应该就等于
x趋向负1时
它的极限值
因为
在x趋向负1时
f(x)的极限
也就是x方减1除上x加1
在x趋向负1时的极限
我们将
上下x加1这个因子消掉
这个极限值
就应该等于
x减1在x趋向负1时的极限
也就是负2
所以
我们最后就得到了这个函数
在负1这点的函数值a
应该等于它的极限值负2
所以
我们最后就求得a
它的值等于负2
下面我们看第二道例题
我们利用定义
证明下面一个结论
也就是
如果函数f(x)在x0这一点是连续的
那么
它的绝对值函数
在x0这一点
也是连续的
这个例题
主要是考察大家
是否能够用
连续的严格定义
来刻画
一个函数在一点是否是连续的
对于任意的正数ε
因为
函数f(x)在x0这一点是连续的
根据连续的定义
我们知道
就存在正数δ
只要
x到x0的距离小于δ
也就是x减x0小于δ
我们就有
f(x)减掉f(x0)的绝对值是小于ε的
又因为根据
绝对值的性质
我们知道
f(x)的绝对值减掉
f(x0)的绝对值
这个差的绝对值
应该是小于等于
f(x)和f(x0)之差的绝对值
所以
当x减x0的绝对值小于δ时
我们一定有
f(x)的绝对值与f(x0)的绝对值之差
这个绝对值也
是小于ε的
那么
根据函数在一点连续的定义
我们就得到了
绝对值函数
在x0这一点是连续的
通过这个例题的证明
希望大家注意到
在考虑函数在x0这点连续时
与考虑函数
在x0这一点的极限时
情况是有所不同的
在考虑极限问题时
我们一定要强调
X减 x0的绝对值是大于0的
而考虑函数在x0这点连续时
X减 x0的绝对值
也是可以等于0的
这是需要大家注意的一点
另外
这个例题
它的结果
我们可以做一个常用的结论
直接使用
但是请大家注意
这个结论
反过来是不对的
也就是说
如果我们知道绝对值函数在一点连续
我们不能说
这个函数本身
在这点也是连续的
比如我们看一下函数f(x)
x是有理数时
它的函数值等于1
x是无理数时
它的函数值是等于负1
这个函数
它的绝对值函数是一个常函数
所以说它在任何一点都是连续的
但这个函数本身
它在任何一点都不是连续的
下面我们看第三个例题
我们利用定义
证明一个具体函数
在一点的连续性
也就是要证明
我们常用的这个指数函数
e的x次方在它的定义域中
任何一点x0都是连续的
我们假设x0是任意的实数
x
也是一个任意的实数
那么e的x次方减掉e的x0次方
我们将e的x0次方
提出来
就变成了e的x0次方
乘上
括号里面e的x减x0次方减1
我们对于任意的正数ε
为了书写方便
不妨假设
ε是小于e的x0次方
我们为了使得
e的x次方减掉e的
x0次方绝对值|小于ε
也就是只要使
e的x0次方乘上括号里面
e的x减x0次方再减1
这个绝对值小于ε
我们根据
绝对值的性质
把绝对值符号去掉
也就是只要保证e的x减x0次方
小于1加上ε乘上e的负x0次方
再大于
1减掉ε乘上e的负x0次方
在这里面
大家注意到
在我们这个不等式的左右两端
这都是大于0的数
我们利用
对数函数它的单调性
与自然对数它是单增的
所以在不等式的两端
我们同时取自然对数
就得到了
X减x0小于
1加上ε乘上e的负x0次方
这个数的自然对数
同时
它要大于
1减掉ε乘上e的负x0次方
这个数的自然对数
我们取δ
是这两个
对数绝对值它的最小值
所以
当x与x0差的绝对值小于ε时
根据前面的推导
我们知道
e的x次方
减e的x0次方
这个差的绝对值
也是
小于ε的
那么
根据函数在一点连续的概念
我们知道
函数f(x)等于e的x次方
在这个点x0处是连续的
因为
x0是任意给定的
这样
我们就证明了
题干中要证的
f(x) 等于e的x次方
在任何一点
x0都是连续的
通过
这个例题的证明过程我们可以看到
如果
我们总是从定义出发
来证明
具体函数在一点的连续性
这个处理
是比较复杂的
下面
我们看第四道例题
我们假设
f(x)是一个周期函数
而且
不恒为常数
如果
它在x等于0处连续
我们证明
f(x)具有最小正周期
这个题目
从我们给出的条件
要证出我们要得到的结论
从正面去用连续性
我们无法
把它与函数
是周期函数联系起来
所以说我们考虑反证法
我们假设
f(x)并不存在最小正周期
也就是说
你任意给一个
大于0的实数
我总能找到一个
比这个实数更小的数
它仍然可以作为
这个周期函数的周期
这就是
没有最小正周期的表述
特别的
如果我们假设n
是任意一个正整数
那么我们一定相应的能够找到一个tn
使得tn是大于0小于n分之一的
同时
它满足f在x加tn这点的值
与x这点的值是相等的
我们
任取一个实数x0
对于
我们取到的
大于0小于n分之一的的tn来说
我们总可以找到一个整数
使得
tn的kn倍
是大于等于x0
而且
要小于x0加上n分之一
这就是说
数列
Kn乘上tn
在n趋向于无穷时
它的极限
应该就等于x0
也就是x0减掉Kn乘上tn
在n趋向于无穷时的极限
是等于0的
根据周期函数的概念我们知道
f(x0)应该与
x0减掉Kn乘上tn
这一点的函数值是相等的
而且
我们又给出了
f(x)在x等于0这一点
连续的条件
我们在
上面函数值相等的这个等式两端
让n趋向无穷取极限
因为等式的左端
相对n来说
是个常数
所以它的极限值
就是f(x0)
而等式的右端
在n趋向于无穷时
我们利用
函数在x等于0这点连续
所以它的极限值
就等于
函数在0这点的函数值
也就是
对任意的点x0来说
我们得到了
它们的函数值
都等于
函数在0这点的值
这与我们条件中
f(x)不恒为常数是矛盾的
这个矛盾说明
我们的假设是错误的
所以说
函数应该是
具有最小正周期
在这一讲中
我们介绍了
函数
在一点连续的概念
我们知道连续
是函数在一点的性质
反应的是
函数在一点的函数值
与这点附近
其他点函数值之间的关系
通过例题
我们了解了
利用连续定义
处理相关问题的常用方法
在下一讲当中我们将介绍
函数在一点左连续和右连续的概念
给出连续与左右连续的关系
并介绍
函数间断点的分类情况
谢谢同学们
下一讲 再见
-0.1 绪论
--0.1.1 绪论
-1.1 极限概念引例
--第1.1节测试 极限概念引例
-1.2 极限的概念
--第1.2节测试 极限的概念
-1.3 极限的性质
--第1.3节测试 极限的性质
-1.4 极限的运算
--第1.4节测试 极限的运算
-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理
-1.6 两个重要的极限
--第1.6节测试 两个重要的极限
-1.7 无穷小量
--第1.7节测试 无穷小量
-2.1 连续函数的概念
--第2.1节测试 连续函数的概念
-2.2. 初等函数的连续性结论
--第2.2节测试 初等函数的连续性结论
-2.3 连续函数的性质
--第2.3节测试 连续函数的性质
-3.1 导数与导函数
--第3.1节测试 导数与导函数
-3.2 微分
--3.2.1 微分
--第3.2节测试 微分
-3.3 导数的运算
--第3.3节测试 导数的运算
-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
-3.5 高阶导数
--第3.5节测试 高阶导数
-4.1 极值和极值点
--第4.1节测试 极值和极值点
-4.2 微分中值定理
--第4.2节测试 微分中值定理
-4.3 洛必达法则
--第4.3节测试(1) 洛必达法则
--第4.3节测试(2) 洛必达法则
-4.4 函数单调性的判定
--第4.4节测试 函数单调性的判断
-4.5 函数的极值及其求法
--第4.5节测试 函数的极值及其求法
-4.6 函数的最值及其应用
--第4.6节测试 函数的最值及其应用
-4.7 曲线的凸性和拐点
--第4.7节测试 函数的凸性和拐点
-4.8 曲线的渐近线
--第4.8节测试 曲线的渐近线
-4.9 泰勒(Taylor)公式
--第4.9节测试 泰勒公式
-4.10 原函数与微分方程初步
--第4.10节测试 原函数与微分方程初步
-5.1 定积分问题举例
-5.2 定积分的概念
--第5.2节测试 定积分的概念
-5.3 定积分的基本性质
--第5.3节测试 定积分的性质
-5.4 微积分基本定理
--第5.4节测试 微积分基本定理
-5.5 定积分的几何应用
--第5.5节测试 定积分的几何应用
-5.6 定积分的物理应用
-6.1 换元积分法
--第6.1节测试 换元积分法
-6.2 分部积分法
--第6.2节测试 分部积分法
-6.3 有理函数的积分法
--第6.3节测试 有理函数的积分法
-6.4 定积分应用举例
--第6.4节测试 定积分应用举例
-6.5 反常积分
--第6.5节测试 反常积分
-7.1 无穷级数
--第7.1节测试 无穷级数
-7.2 正项级数
-7.3 比值判敛法和根式判敛法
--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法
-7.4 一般项级数
--第7.4节测试 一般项级数
-7.5 幂级数
-7.6 函数的幂级数
--第7.6节测试 函数的幂级数
-7.7 泰勒级数
--第7.7节测试 泰勒级数
-7.8 幂级数的简单应用
-8.1 一阶可求解常微分方程
--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程
-8.2 一阶线性微分方程
--第8.2节测试 一阶线性微分方程
-8.3 二阶线性常系数微分方程
--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程
-8.4 常系数微分方程简单应用举例
-期末考试
--期末考试说明
-期末考试--期末考试