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2.1.1 连续函数的运算性质

下一节:2.3.1 局部性质和零点存在定理

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同学们 大家好

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微积分课程

今天我们讲第二章

连续函数

第二节

连续函数的运算

与初等函数的连续性

在前边

我们学习了函数

在一点连续的概念

对一般的函数来说

如果总是从

连续的定义出发

讨论它的连续性结论

是非常困难的

因为

许多函数

都是由简单函数

经过有限次的四则运算

和函数复合

得到的

如果

我们知道了简单函数的连续性结果

并且

又了解了

连续函数经过运算之后的连续性结论

那么

我们就可以得到一般函数的连续性结果

在这一讲中我们将介绍

连续函数它的和差积商函数

复合函数

以及反函数它的连续性结论

并给出

初等函数

在其定义域区间上的连续性

我们先看

第一个问题

连续函数的四则运算

根据

函数极限

它的四则运算法则

以及前面我们介绍的

函数在一点连续的定义

我们就会得到

下面这个定理

也就是

如果函数f(x)和g(x)

都在x等于x0处是连续的

那么

它们的和差积商函数

也就是f(x)加上g(x)

f(x)减掉g(x)

f(x)乘上g(x)

和f(x)除以g(x)

它们都在

x等于x0处是连续的

下面我们给出

复合函数的

连续性结论

我们同样

根据前面介绍的

复合函数求极限的运算法则

以及

函数在一点连续的定义

我们就会得到

下面这个定理

如果函数f(u)在u

等于u0处是连续的

而函数g(x)在x等于x0处是连续的

而且

g(x0)的函数值正好等于u0

那么

复合函数

f ( g ( x ) )就在x等于x0处

也是连续的

在这个结论中

请同学们注意

连续

是个点性值

所以

我们谈

几个函数的连续性时

一定要知道

我们指的是它们在哪一点连续

如果我们从

函数运算的角度来看

复合函数的连续性结论

实际上

反应的就是

函数求值的运算

以及极限运算

在形式上看

应该是有交换律的

也就是我们对f(g(x))这个复合函数

关于x趋向x0取极限

我们可以

把极限符号

给它移到函数符号

里面去

下面

我们来给出

连续函数

它的反函数的连续性结论

这就是下面的定理

我们假设函数f(x)存在反函数

而且

f(x)在x0这点的函数值就是y0

如果

函数f(x)在x0这点处是连续的

那么

它的反函数

就在y等于y0这点是连续的

与复合函数的连续性结论一样

函数

与它反函数的连续性关系

也是请大家注意

它们指的是

在相应的点处

是连续的

好下面我们来看几道例题

例1

我们证明

对数函数

在它的定义域内是连续函数

在前面

我们已经证明了

指数函数在定义域中都是连续的

而我们知道

对数函数

与指数函数

是互为反函数的

所以

我们在做这道题时

就利用

连续函数的反函数仍然是连续函数

这个结论

再利用指数函数的连续性

就能说明

对数函数

在定义域中是连续函数

我们假设

x0是一个大于零的实数

x0它的自然对数

我们就记成y0

因为

指数函数x等于e的y次方

在y0是连续的

所以

它的反函数

y等于lnx

在x0等0这一点也是连续的

这样

我们就由指数函数的连续性

得到了

对数函数

它的连续性结论

下面

我们看第二道例题

我们来证明一下

幂函数

y等于x的α次方

0到正无穷内是连续函数

关于这个结果

我们仍然用前面

我们用过的指数函数的连续性

以及

我们刚刚得到的

对数函数的连续性

还有

我们前面介绍的

复合函数的连续性

我们利用这三个连续性

来看一看

幂函数

在零到正无穷内

也是一个连续函数

因为

当x大于0时

我们可以把

y等于x的ɑ次方

利用指数和对数互为反函数这个结论

写成

y等于e的ɑ乘上lnx次方

那么

对于任意的

x0大于0

我们知道

对数函数在x0处是连续的

它的指数函数

在任意点

都是连续函数

所以

根据复合函数的连续性结论

我们就知道

y等于e的ɑ乘上lnx次方

在X0这一点就是连续函数

因为x0

我们是任取的一个大于0的数

这样就证明了

幂函数

在0到正无穷内都是连续的

下面我们看第三道例题

我们来证明一下

幂指函数的连续性结论

我们假设

f(x)和g(x)

都在x等于x0处是连续的

而且

f(x0)这个函数值大于0

那么

y等于f(x)的g(x)次方

这个幂指函数

在x等于x0处

也是连续的

这个题目的证明过程

与第二题

我们证明幂函数的连续性

它的方法

是一样的

我们就利用

指数和对数

互为反函数这个性质

我们将幂指函数写成

e的g(x)乘上ln f(x)次方

在给定的条件下

我们知道

对数函数

在f(x0)这一点处是连续函数

而f(x)

在x0处又连续

所以

我们利用复合函数的连续性

就得到了

ln f(x)在x0处是连续的

在给定的条件下

我们知道

g(x)在x0这一点也连续

所以

两个连续函数的乘积

g(x)乘上ln f(x)

在x0点

连续

再利用

指数函数

在任何一点都是连续函数

这样

我们就得到了

这个复合函数

它在x0这一点

是连续的

也就是

幂指函数

在x0这一点是连续函数

下面

我们来看第四道例题

我们假设

f(x)和g(x)都在x0点连续

我们证明

取最大值函数

和取最小值函数

它们在x0点都是连续的

我们利用绝对值的定义

和取最大值

与取最小值函数的定义

我们可以把

取最大值函数

表示成两个函数之和

这两个函数分别是

f(x)加上g(x)除以2

f(x)减掉g(x)的绝对值

除以2

同样的

我们可以把

取最小值函数

表示成

这两个函数之差

根据前面

我们介绍的

连续函数的运算法则

我们知道

两个连续函数

它的和函数

以及差函数

都是连续函数

而我们还知道

连续函数的绝对值函数

也是连续函数

这样

我们就得到了

取最大值函数

与取最小值函数

它们

仍然是

连续函数

下面

我们给出

初等函数

它的连续性结论

一般的

我们会把

常函数

幂函数

指数函数

对数函数

三角函数

和反三角函数

这六类函数

称为基本初等函数

基本初等函数

经过有限次四则运算

和有限次函数复合运算

得到的函数

我们又把它们称为

初等函数

我们利用

连续定义

可以证明

常函数

指数函数

和三角函数里面的

正弦函数

在定义域中

都是连续的

我们利用前面得到的

反函数的连续性结论

利用指数函数的连续性

就会得到

对数函数

也是连续的

利用正弦函数的连续性

我们就会得到

反正弦函数

也是连续的

利用

复合函数的连续性结论

以及

和差积商函数的

连续性结论

我们就可以得到

下面这几类函数

在它们的定义域中

也都是连续的

这几类函数指的是

幂函数

以a为底的指数函数

以a为底的对数函数

三角函数里面的

余弦函数

正切函数

余切函数

正割函数

以及

余割函数

那么

根据

初等函数的定义

以及

基本初等函数

它的连续性结论

我们就得到了

下面这个定理

初等函数

在其定义域

区间内

是连续函数

在这个结论中

请大家注意

我们并没有说

初等函数

在定义域内

是连续函数

而是说

初等函数

在定义域

区间内

是连续函数

这主要指的

是有些初等函数的定义域

除了区间之外

可能还包括

一些

孤立的点

因为

有的初等函数

它的定义域

除了区间之外

可能还包括

一些孤立的点

比如下面这个函数

f(x)等于根下

x乘上括号里面x减1

再加上

根下x

我们知道

它的定义域就是

0

这个点集

再并上

1到正无穷

这个半无穷区间

那么我们定理5

说的是

这个函数

在1到正无穷这个区间内

每一点都是连续的

有了

上面这个结论之后

我们知道

对于初等函数来说

如果

X0是它定义域区间中的

任意一点

那么

它在这点的极限值

就等于

它在这点的函数值

这也就是我们在

求极限时

对初等函数

我们求

定义域中

某一点的值时

经常写成

它在这点的函数值

所以

我们在求

一般函数的

极限时

如果这一点

在它的定义域区间内

那么

它的极限值

就等于

它在这点的

函数值

在这讲中

我们介绍了

连续函数的运算性质

得到了

连续函数

它的和差积商函数

以及复合函数

反函数

仍然是连续函数的结果

并且

给出了

初等函数

在其

定义域区间上的

连续性结论

从定性的角度讲

也就是说

连续

这个性质

通过加减乘除运算

函数复合运算

以及

求反函数的运算

它仍然是

被保持下来的

在下一讲中

我们将介绍

连续函数的两个局部性质

以及

连续函数的

零点存在定理

和介质定理

谢谢同学们

下一讲 再见

微积分(先修课)课程列表:

第零章 绪论

-0.1 绪论

--0.1.1 绪论

第一章 极限

-1.1 极限概念引例

--1.1.1 极限问题举例

--第1.1节测试 极限概念引例

-1.2 极限的概念

--1.2.1 极限的概念(1)

--1.2.2 极限的概念(2)

--1.2.3 极限的概念(3)

--1.2.4 极限的概念(4)

--1.2.5 极限的概念(5)

--第1.2节测试 极限的概念

-1.3 极限的性质

--1.3.1 极限的性质(1)

--1.3.2 极限的性质(2)

--第1.3节测试 极限的性质

-1.4 极限的运算

--1.4.1 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

--1.5.1 夹逼定理与单调有界收敛定理(1)

--1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)

--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

--1.6.1 两个重要的极限(1)

--1.6.2 两个重要的极限(2)

--第1.6节测试 两个重要的极限

-1.7 无穷小量

--1.7.1 无穷小量(1)

--1.7.2 无穷小量(2)

--第1.7节测试 无穷小量

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

--2.1.2 在一点的单侧连续性

--2.1.3 间断点的分类

--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

--2.1.1 连续函数的运算性质

--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

--2.3.1 局部性质和零点存在定理

--2.3.2 闭区间上连续函数的性质

--第2.3节测试 连续函数的性质

第三章 导数与微分

-3.1 导数与导函数

--3.1.1 导数与导函数(1)

--3.1.2 导数与导函数(2)

--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

--3.3.1 导数的四则运算

--3.3.2 复合函数的链导法则

--3.3.3 反函数求导法

--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

--3.5.1 高阶导数

--第3.5节测试 高阶导数

第四章 微分中值定理和导数的应用

-4.1 极值和极值点

--4.1.1 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

--4.2.1 微分中值定理(1)

--4.2.2 微分中值定理(2)

--第4.2节测试 微分中值定理

-4.3 洛必达法则

--4.3.1 洛必达法则(1)

--4.3.2 洛必达法则(2)

--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

--4.4.1 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

--4.5.1 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

--4.6.1 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

--4.7.1 函数的凸性和拐点(1)

--4.7.2 函数的凸性和拐点(2)

--第4.7节测试 函数的凸性和拐点

-4.8 曲线的渐近线

--4.8.1 曲线渐近线

--第4.8节测试 曲线的渐近线

-4.9 泰勒(Taylor)公式

--4.9.1 泰勒(Taylor)公式(1)

--4.9.2 泰勒(Taylor)公式(2)

--4.9.3 泰勒(Taylor)公式(3)

--第4.9节测试 泰勒公式

-4.10 原函数与微分方程初步

--4.10.1原函数与微分方程初步(1)

--4.10.2 原函数与微分方程初步(2)

--第4.10节测试 原函数与微分方程初步

第五章 定积分

-5.1 定积分问题举例

--5.1.1 定积分问题举例

-5.2 定积分的概念

--5.2.1 定积分的概念(1)

--5.2.2 定积分的概念(2)

--第5.2节测试 定积分的概念

-5.3 定积分的基本性质

--5.3.1 定积分的性质(1)

--5.3.2 定积分的性质(2)

--第5.3节测试 定积分的性质

-5.4 微积分基本定理

--5.4.1 微积分基本定理(1)

--5.4.2 微积分基本定理(2)

--第5.4节测试 微积分基本定理

-5.5 定积分的几何应用

--5.5.1 定积分的几何应用(1)

--5.5.2 定积分的几何应用(2)

--第5.5节测试 定积分的几何应用

-5.6 定积分的物理应用

--5.6.1 定积分的物理应用

第六章 积分法与反常积分

-6.1 换元积分法

--6.1.1 换元积分法(1)

--6.1.2 换元积分法(2)

--6.1.3 换元积分法(3)

--第6.1节测试 换元积分法

-6.2 分部积分法

--6.2.1 分部积分法(1)

--6.2.2 分部积分法(2)

--第6.2节测试 分部积分法

-6.3 有理函数的积分法

--6.3.1 有理函数的积分法(1)

--6.3.2 有理函数的积分法(2)

--第6.3节测试 有理函数的积分法

-6.4 定积分应用举例

--6.4.1 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

--6.5.1 反常积分(1)

--6.5.2 反常积分(2)

--6.5.3 反常积分(3)

--6.5.4 反常积分(4)

--第6.5节测试 反常积分

第七章 无穷级数

-7.1 无穷级数

--7.1.1 无穷级数

--第7.1节测试 无穷级数

-7.2 正项级数

--7.2.1 正项级数

-7.3 比值判敛法和根式判敛法

--7.3.1 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

--7.4.1 一般项级数(1)

--7.4.2 一般项级数(2)

--第7.4节测试 一般项级数

-7.5 幂级数

--7.5.1 幂级数

-7.6 函数的幂级数

--7.6.1 函数的幂级数

--第7.6节测试 函数的幂级数

-7.7 泰勒级数

--7.7.1 泰勒级数

--第7.7节测试 泰勒级数

-7.8 幂级数的简单应用

--7.8.1 幂级数的简单应用

第八章 常微分方程

-8.1 一阶可求解常微分方程

--8.1.1 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

-- 8.2.1 一阶线性微分方程(1)

--8.2.2 一阶线性微分方程(2)

--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

--8.3.1 二阶线性常系数微分方程(1)

--8.3.2 二阶线性常系数微分方程(2)

--8.3.3 二阶线性常系数微分方程(3)

--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

--8.4.1 常系数微分方程简单应用举例(1)

--8.4.2 常系数微分方程简单应用举例(2)

期末考试

-期末考试

--期末考试说明

-期末考试--期末考试

2.1.1 连续函数的运算性质笔记与讨论

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