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平面点集及其分类

下一节:多元函数

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平面点集及其分类课程教案、知识点、字幕

同学 你好

欢迎来到中国大学先修课

《多元微积分》MOOC课堂

我是中国科大 微积分老师宣本金

网上人称“笨笨熊”老师

本讲 我们来学习平面点集及其分类

在单变量微积分中

我们研究了函数的连续性

可微性和可积性等分析性质

使用的工具就是函数极限

同学 回忆一下

我们是如何定义一元函数的极限的

为了定义一元函数的极限

我们首先需要定量刻画函数取值

与极限值 自变量与极限点的距离

也就是 有了一维数轴上两点间距离概念

我们“执果索因”

用两组不等式

精确刻画一元函数的极限

这就是极限的"ε" δ语言精确定义

类似地 为了定义二元函数的极限

我们需要从平面上两点间距离公式出发

精确刻画平面点集

并对平面点集作适当的分类

这就是本讲的中心任务

在一维数轴上

不等式|f(x)-L|<ε

表达的是以L为中心

"ε" 为半径的开区间

称为L的"ε" 邻域

而不等式0<|x-c|<δ

表达的是以c为中心

"δ" 为半径的开区间

但不包含中心点c

称为c的"δ" 去心邻域

对于二维平面

用记号B(M0,"ε" )表达以M0为中心的"ε" 邻域

B_(M0,ε)表示M0点的"ε"去心邻域

对于平面上一点M0和平面点集E

如果存在一个正数"ε"

使得M0点的"ε" 邻域包含于点集E

则称点集E为M0的一个邻域

利用对于"ε" 邻域或者邻域概念

可以精确刻画平面上点与集合的位置关系

例如对于平面点集E和平面上的点

如果存在一个正数"ε"

使得M1点的"ε" 邻域包含于点集E

则称M1点是点集E的内点

如果存在一个正数"ε"

使得M2点的"ε" 邻域

与点集E的交集为空集

则称M2为点集E的外点

如果对于任意正数"ε"

M3点的"ε" 邻域内既有点集E的点

又有点集E补集的点

则称M3点为点集E的边界点

对于边界点

并没有说明它是否属于点集E

一维数轴上的开区间(a,b)

就是典型的开集

它有什么特点

对于开区间(a,b)内任意一点M0

取ε=min{M0-a,b-M0}

则M0点的"ε" 邻域包含于开区间(a,b)

也就是 M0是开区间(a,b)的内点

这个性质具有一般性吗

对于平面点集E

如果任意一个属于E的点M0

它都是E的内点

则称点集E为开集

那么 如何定义闭集

利用开集概念

可以定义闭集

即如果一个集合的补集是开集

那么 就称它为闭集

例如 一维数轴上闭区间[a,b]

就是一个典型的闭集

对于一个平面点集E

如何判定它是开集还是闭集

或者其它形式的集合

为此 我们把点集E的所有边界点

构成的集合称为E的边界 记为∂E

利用开集和闭集的定义

可以推出开集与它边界的交集为空集

而闭集的边界包含于集合E

那么 反过来

这个性质可以用来判定一个集合是开集

还是闭集吗

也就是

如果一个集合与它边界的交集为空集

则这个集合一定是开集吗

如果一个集合E的边界包含于它本身

则集合E一定是闭集吗

其实 这是对的

同学 你可以自己试着推导一下

那么 除了开集和闭集

还有其它形式的集合吗

比如非开非闭的集合

或者既开又闭的集合

同学 考察一下

一维数轴上的全集即整个数轴或者空集

或者二维平面上的全集即整个平面或者空集

它们是什么样的集合

到学习讨论区

与小伙伴们交流一下吧

我们再来看看一维数轴上的

典型闭集——闭区间

对于闭区间内任意一点M0和任意一个正数δ

M0的去心δ邻域

与闭区间的交集都是非空的

这个性质具有一般性吗

对于集合D和点M0

如果对于任意的正数δ

M0的去心δ邻域

与集合D的交集都是非空的

则称点M0为集合D的聚点

那么 集合D的聚点一定属于集合D吗

考察区间的端点

非退化的区间的端点都是该区间的聚点

但是 开区间的端点不属于该开区间

而闭区间的端点则属于该闭区间

并且闭区间的所有聚点都属于它

利用聚点概念可以区分一个集合是否为闭集

如果一个集合的所有聚点都属于它本身

则这个集合一定是闭集

同学 你能推导一下吗

任意两个开集的并集 交集

还是开集吗

任意两个闭集的并集

交集还是闭集吗

同学 画出示意图

试着推导一下

更一般地

任意多个开集的并集 交集还是开集吗

任意多个闭集的并集 交集还是闭集吗

同学 想一想

这些判断哪些成立

哪些不成立

成立的 给出证明

不成立的 请举反例说明一下

吃火锅时 如何区分白锅和鸳鸯火锅

这就要用到集合的连通性了

对于一个平面集合E

如果对于集合E中的任意两点M1 M2

都存在一条包含于集合E内的曲线

连接M1 M2两点

则称点集E是道路连通的或者简单地

就称为连通的

由这个定义

白锅是道路连通的

而鸳鸯火锅不是道路连通的

平面上连通的开集称为区域

区域再加上其边界一起称为闭区域

在一元微积分中

我们利用不等式刻画数集的有界性

为了理解多元函数的分析性质

我们也需要对平面集合的有界性进行刻画

在一维数轴情形

对于一个数集A

如果存在一个正数K

使得对数集A中任意元素x

都有|x|≤K

则称数集A为有界集

对于二维平面情形

对于一个平面点集E

如果存在一个正数K

使得对点集E中任意元素M

都落在以原点为中心

K为半径的圆盘内

则点集E称为有界集

本讲 我们利用平面上两点距离概念

定义了点的"ε" 邻域 邻域等概念

刻画了点与集合的位置关系

例如 内点 外点

以及边界点等

进一步地

刻画了平面上的开集和闭集

以及开集与闭集的性质等

利用连通性

刻画了平面区域和闭区域

利用与距离有关的不等式

刻画了平面点集的有界性

这些概念和性质

为后面研究以二元函数为代表的

多元函数相关性质作了初步的准备

有关多元函数及其性质

请听下回分解

多元微积分(先修课)课程列表:

第一章 空间解析几何与向量代数

-第一节 空间直角坐标系

--平面初等几何

--平面解析几何

--空间直角坐标系

--空间图形与方程

-第一节 空间直角坐标系--作业

-第二节 空间向量及其运算

--向量及其几何表示

--向量的代数表示

--向量的数量积

--数量积的应用

--平面方程及其应用

--向量的向量积

--向量积的应用

-第二节 空间向量及其运算--作业

-第三节 空间解析几何

--空间直线与曲线方程

--空间曲面方程

--柱坐标系与球坐标系

-第三节 空间解析几何--作业

第二章 多元函数的极限理论

-第一节 多元函数

--平面点集及其分类

--多元函数

-第一节 多元函数--作业

-第二节 多元函数的极限

--二重极限的定义

--二重极限的性质

--二重极限的计算

-第二节 多元函数的极限--作业

-第三节 多元函数的连续性

--多元函数的连续性

--多元连续函数的性质

-第三节 多元函数的连续性--作业

第三章 多元函数的微分及其应用

-第一节 偏导数与方向导数

--多元函数的一阶偏导数

--多元函数的高阶偏导数

--多元函数的方向导数

-第一节 偏导数与方向导数--作业

-第二节 多元函数的一阶可微性

--多元函数的可微性与全微分

--多元函数可微性的判定

--多元可微函数全微分的性质

--全微分与偏导数的计算

--隐式函数的可微性与偏导数

-第二节 多元函数的一阶可微性--作业

-第三节 一阶微分的应用

--多元可微函数的梯度

--多元函数梯度的应用

--参数曲面的切平面与法向量

--空间曲线的切线与法平面

--多元函数的近似计算与误差估计

-第三节 一阶微分的应用--作业

-第四节 多元函数的高阶可微性

--高阶混合偏导数的克莱罗定理

--高阶可微性与高阶微分

--多元函数的泰勒多项式展开

--多元函数的最值与极值

--多元函数极值的计算

--多元函数最值的计算

-第四节 多元函数的高阶可微性--作业

-多元微分学总结

--多元微分学总结

第四章 重积分及其应用

-第一节 直角坐标系下的二重积分

--矩形区域上的二重积分

--矩形区域上二重积分的计算

--非矩形区域上的二重积分

--非矩形区域上二重积分的计算

-第一节 直角坐标系下的二重积分--作业

-第二节 二重积分的计算

--极坐标系下的二重积分

--二重积分的换元法

--二重积分计算举例

-第二节 二重积分的计算--作业

-第三节 二重积分的应用

--二重积分的几何应用

--二重积分的物理应用

-第三节 二重积分的应用--作业

-第四节 直角坐标系下的三重积分

--箱型区域上的三重积分

--非箱型区域上的三重积分

--三重积分计算举例

-第四节 直角坐标系下的三重积分--作业

-第五节 其它坐标系下的三重积分

--柱坐标系下的三重积分

--球坐标系下的三重积分

-第五节 其它坐标系下的三重积分--作业

-第六节 三重积分的计算与应用

--三重积分的换元法

--三重积分应用举例

-重积分总结

--重积分总结

第五章 曲线曲面积分及其应用

-第一节 第一型曲线积分及其应用

--平面曲线弧长

--空间曲线的弧长与质量

--第一型曲线积分的定义与性质

--第一型曲线积分的计算

--第一型曲线积分的应用

-第一节 第一型曲线积分及其应用--作业

-第二节 第一型曲面积分及其应用

--曲面的面积

--第一型曲面积分的定义

--第一型曲面积分的计算

--第一型曲面积分的应用

-第二节 第一型曲面积分及其应用--作业

-曲线曲面积分总结

--曲线曲面积分总结

平面点集及其分类笔记与讨论

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