当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第一节 多元连续函数 > 连续与一致连续的定义
前面我们已经介绍了
二元函数在一点的极限问题
接下来 我们介绍一下
二元函数在一点的连续性概念
在这里面 我们除了介绍
函数在一点的连续性概念之外
我们还会介绍一下
函数在一个范围上的连续型概念
实际上也就是
我们对一元函数引进的
点连续 和 一致连续 两个概念
我们先看一下
函数在一点的连续
也就是
f(x,y)在x0,y0处的连续性
这个定义 和一元函数一样
我们写出来就是这个样子
设二元函数f(x,y)在区域D上有定义
t0 坐标是(x0,y0)
是D中的一点
如果这个二元函数f(x,y)
在(x0,y0)这点的二重极限存在
而且极限值等于它在这点的函数值
我们则称这个二元函数f(x,y)
在这一点(x0,y0)处是连续的
从二元函数在一点的连续性概念来说
跟一元函数 是没有任何差别的
也就是说 一个函数在一点是否连续
自然我先关心它有没有定义
其次我们看一看
它在这点的二重极限是不是存在
当然 既有定义又有二重极限的时候
只要极限值与函数值相等
那么我们就说它在这一点连续
定性地讲 二重极限关心的是说
当(x,y)这个点
越来越靠近(x0,y0)这个点时
它对应的函数值
是不是越来越靠近一个固定的常数
这是二重极限关心的问题
而二元函数在一点的连续性
关心的是 这个常数
是不是它在这一点的函数值
有了这个定义之后
我讲一元函数连续时候
我们得到的一些说法
都可以直接推广到二元函数
和一般的多元函数
比如说
我们说函数在一个区域上连续
是什么意思
我们一般用这个记号
来表示这个函数在区域上连续
它指的是 对于任意的P0属于D
函数f(x,y)在P0这一点是连续的
所以说,所谓在区域上连续
它只是一种说法
它指的还是
在这个区域上每一点都是连续的
它应该指的还是点性质
这也就是我们在一元函数里面
说一个函数在一个区间上连续
指的是什么
那对一元函数我们知道
连续函数 它是有所谓的运算性质的
通俗地讲
就是两个连续函数
它的和差积商函数
在相应的点还是连续的
而两个连续函数 它的复合函数
在相应的点仍然是连续的
那么对多元函数来说
这样的运算性质当然是有的
一般来讲
我们一元函数里面得到的一个结论
是说一元初等函数
在其定义域区间上
每一点都连续
那么对多元函数来说
也就是二元函数在其定义域区域上
每一点都连续
请大家注意一下
这个地方 我们说的是
定义域的区域上
区域的概念我们前面介绍过
区域 应该是 连通的开集
连通的开集
当然闭区域 是区域再加上它的边界
实际就是区域的闭包
这个区域 当然包括开区域
就一般的区域
也包括一般的闭区域
为什么说 一定要加一个区域
请大家看这个函数
就是f(x,y)
比如说 我们这样写
这个因子是 x方加y方
而这个因子
写成 1减掉括号里面x-2的平方
再加上 减掉 y减2的平方
那么 这个函数
当然是一个初等的二元函数
也就我们在这个地方
这个f(x,y)盯着一元函数说的时候
指的是所谓的 初等二元函数
这就是一个初等的二元函数
但是它的定义域
大家虽然能够求出来
原点肯定在定义域里面
另外 应该还有一个圆盘
也就是在x-y平面里画的时候
应该是这样子的
原点是定义域中的一点
还有一个
圆心是在2这点 半径是1
这个圆盘自然也是定义域
定义域
那么 我们这个结论是说
这个函数
在这个圆盘中的每一点都是连续的
但是 在这一点
我们自然不用讨论它的连续性
因为 所谓连续指的是
它在这一点
与这点附近函数值之间的关系
而在这点 它附近是没有其它函数值的
当然就没有连续性问题
我想这是 关于第二个结论
也就是 多元初等函数
在其定义域区域上
每一点都是连续函数
那有时候 我们还说
一个二元函数在一点
关于自变量x连续
或者是
在一点
关于自变量y是连续的
这个指的是什么
我们说函数f(x,y)
在一点关于变量x
或者是关于变量y连续
指的是
若对固定的y0
f(x,y0)这个函数
在x趋向x0时的极限
就是二元函数f(x,y)
在(x0,y0)这点的函数值
这时候 我们就称
函数f(x,y)在(x0,y0)处
关于变量x连续
如果对于函数f(x,y0)
在y趋向y0时的极限存在
而且就等于二元函数
在(x0,y0)这点的函数值
这时我们就说
二元函数f(x,y)在点(x0,y0)处
关于变量y是连续的
这个二元函数f(x,y)
在(x0,y0)这点
是关于自变量x是连续的
类似地 如果我让x=x0固定
它就变成y的一个一元函数
如果这个一元函数在y0那一点连续
我们就说 这个二元函数
在(x0,y0)那点
关于自变量y是连续的
实际上 大家注意一下
这个关于一个自变量连续
如果在图上看的时候
应该是这个样子
这是我的(x0,y0)这一点
什么叫关于自变量连续
也就是当我把点(x,y)
限定在这条水平线上时
如果在这条水平线上点
趋近于这个点时
它对应的函数值
正好是这一点的函数值
那当然就叫关于自变量x连续
如果它这个点
限定在是这条竖直线上时
如果当点在这条竖直线上
趋向于这个点时
它的函数值正好趋向这点的函数值
那就叫这个函数
在这点关于y这个变量是连续的
所以这个实际上是
一元函数的连续性
只是这个东西
你比如说
我们举个例子
有一个函数f(x,y)
它是这样定义的
也就是说
在坐标轴上 它的函数只是等于1
在其它地方 它的函数都等于0
那么 对这个函数来说
它在原点这一点
它关于x这个自变量
或者是关于y这个自变量都是连续的
为什么
因为在x轴或者y轴上时
它的函数值都是等于1的
所以说 当这个点
沿着坐标轴跑向原点时
它的极限自然是1
而且正好等于原点的函数值
所以说 这个函数在原点
关于两个自变量分别都是连续的
但是这个函数
在原点 它的二重极限是不存在的
因为沿着坐标轴过来时
它是趋向1的
而沿着任何一条
不是坐标轴的直线过来时
它应该是趋向0的
所以它的二重极限不存在
它自然在这一点
作为一个二元函数来说
它是没有连续性的
我想这是咱们
在多元微积分里面
有时候说在一个函数满足什么条件
可能要说到的关于一个变量是连续的
这是关于函数在一点连续的概念
接下来 我们来看一下
连续这个性质 它是点性质
也就是说 它在一点连续
与这点附近其它点的连续性
是没有关系的
但有时候
我们需要讨论一个函数在某个范围上
有没有类似的性质
也就是说
如果一个函数在一个区域上有定义
我们问
当区域中的两个点充分接近时
它们的函数值
是不是也是充分接近的
为了刻画这个性质
我们就引进所谓的一致连续性
也就是f(x,y)在某一个区域
或者点集上
它的一致连续性
那我们给出一个定义
设二元函数f(x,y)在区域D上有定义
如果对于任意的ε大于0
总存在大于0的数δ
使得当D中的两点P和P1距离小于δ时
都有这两点的函数值
差的绝对值小于ε
这时候 我们就说
这个二元函数f(x,y)在这个区域D上
是一致连续的
当然 从这个定义
我们自然知道
函数在一个点集上一致连续
它首先必须
在这个点集上的每一点都是连续的
因为在这个定义里面
如果我们假设
P1就是个固定点的时候
那么这个定义就说清楚了
当P趋向于P1时
函数在P这点的函数值
是趋向于P1那点的函数值的
这说明 它肯定在P1这点连续
P1我可以任取
这自然就保证了它只要是一致连续
那么它在这个点集上
一定是逐点连续的
当然 我们马上一个问题就是说
如果它在这上面
它每一点都是连续的
那么 能不能保证
它在这上面也是一直连续的
实际这个结论
我们在一元函数时
就曾经问过
而且结果是知道的
在一个区间上 它逐点连续的函数
不见得一致连续
比如说 对一元函数来说
f(x)等于x分之1
它当然是在这个开区间(0,1)上
它肯定是逐点连续的
但是 这个函数在这个区间上
它不是一致连续的
那对多元函数来说
当然我们这个结论还是成立的
就是说
逐点连续推不出它是一致连续的
当然我们后面会给一个结论
当这个区域满足一定条件时
我们是可以互推的
只是后面我们要介绍连续性质时
介绍那个结论
所以一个例题
我们来证明一下
这个函数f(x,y)
等于sin根号下x方加y方
在整个平面上是一致连续的
证明这个结论
证明这个结论也就是要证明
对于平面上的两个点
只要它们充分接近
那么它们函数值差的绝对值
就应该足够小
那我们就这样来说
因为sin根号下x方加y方
减掉sin根号下x1的平方加y1的平方
我们利用正弦函数的和差化积公式
这个就可以写成两倍的
cos根号下x方加y方
再加上根号下x1的方加y1的方
除上2
这面是sin二分之
根号下x方加上y方
再减掉根号下x1的方加y1的平方
取一个绝对值
在这里面
我们把cos的绝对值放大到1
我们把sin的绝对值放大到
后面这个求正弦值的绝对值
这是正弦函数的一个性质
这样的时候
我们就给它放大到
根号下x方加上y方
减掉(根号下)x1的方加y1的平方
我们再用一个三角不等式
因为在平面上看
这个根号指的是(x,y)这个点
到原点的距离
也就是这个距离
而后面这个根号
指的是(x1,y1)这个点
到原点的距离
那么根据三角形三个边长的关系
这两边之差一定小于第三边
所以它就应该小于
根号下x减x1的平方
再加上y减y1的平方
我想有了这个不等关系之后
我们是不是可以说清楚了
任给ε大于0
我只要取δ等于ε
那么对于平面上的任意两点
(x,y)和(x1,y1)
只要它们的距离小于δ
那么这两点函数值差的绝对值
就小于ε
这样 根据一致连续的定义
我们就证明了
这个函数在整张平面上
是一致连续的
当然 接下来我们看一下
有时候说函数在一个区域上
或者在一个点集上不一致连续
不一致连续指的是什么
我们能不能从数学上
对不一致连续给出一个刻画
我想我们做一个注意事项
来解释一下
一致连续的定义是说
任给ε大于0
我们都能找到一个δ大于0
当距离小于δ时
函数值差的绝对值小于ε
实际上 我们只要从逻辑上
把这些东西都给它反过来
刻画的应该就是不一致连续
什么叫不一致连续
我们说
二元函数f(x,y)在D上不一致连续
指的是
存在大于0的一个正数ε0
对任意的正数δ
都存在D中的两个点P和P1
尽管这两个点的距离小于δ
但是这两点函数值差的绝对值
大于等于ε0
一个函数在一个点集D上
我能做到这一套
那自然就说明这个函数
在这个点集上是不一致连续的
最后 作为一个练习
请大家考虑一下这个函数
f(x,y)等于x平方加上y平方
它在平面R(方)上
是不一致连续的
给大家一个提示
因为这是一个旋转抛物面
大家能够想象出来
当点(x,y)离原点越来越远时
这个抛物面
它应该是变得越来越陡峭
换句话说
只要两个点离原点足够远
尽管这两个点的距离可以充分接近
但它函数值差的绝对值
也有可能不那么小
我给大家写两个点
大家看一下
对于任意的δ大于0
请大家取x等于y等于δ分之1
这就取定了一个点(x,y)
再取一个点
就是x1等于y1就等于
δ分之1加上2分之δ
实际上 我就是在x等于y这条直线上
对给定的δ我取了两个点
请大家验证一下
这两个点的距离是不是小于δ
而这两点的函数值差的绝对值
是不是大于一个大于0的确定值
这是关于函数在一点的连续性
和函数在一个点集上一致连续的概念
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题