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多元函数的连续性

下一节:多元连续函数的性质

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多元函数的连续性课程教案、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

本讲我们来利用极限概念

探究多元函数的连续性

在一元微积分中

我们利用极限概念

探究了一元函数的连续性

函数在一点连续

就是函数在该点的极限存在

并且极限值等于函数在该点的取值

因此 利用一元函数极限的性质

可以推导出一元连续函数的相关性质

由于一维数轴的结构相对简单

利用左右连续性可以刻画一元函数的连续性

那么 如何定义和刻画二元函数

乃至更多元函数的连续性

这就是本讲的中心任务

对于二元函数以及定义域内一点P0

当然 不要求P0点一定是定义域的聚点

如果对任意给定的正数ε

存在正数δ

当在函数定义域D内变化的动点(x,y)

落在P0点的δ邻域内时

函数在动点处的取值

趋近于它在P0点的取值

则称函数在P0点连续

这个定义与一元函数

在一点连续的定义很相似啊

没毛病 老铁

这里必须注意到

二维平面上集合的多样性

对于P0点与函数定义域D的位置关系

作分类讨论

如果P0点是定义域D的聚点

则存在一列点趋近于P0

那么

函数在这些点上的取值的极限

就函数在P0点的取值

如果P0点不是定义域D的聚点

则P0点是D的孤立点

也就是存在正数δ

使得P0点的δ邻域

与定义域D的交集是独点集

这样在连续的ε-δ语言定义中

既属于定义域D

又属于P0点很靠近的点

只有P0点本身

因而

连续性定义中的控制不等式自然成立

即函数在孤立点处一定连续

考察这个二元二次多项式

它的定义域是整个平面

对平面上的任意一点P0

由前面关于二元多项式二重极限的结论

可知

极限值就等于该多项式在该点的取值

因此 二元多项式在点P0处连续

由于P0点的任意性

二元多项式在整个平面上每一点处都连续

也称二元多项式在整个平面上连续

考察这个分段定义的二元函数

它的定义域也是整个平面

那么 它在整个平面上处处连续吗

由函数的分段定义式

可以注意到

原点是一个特殊点

如果P0点不是原点

则利用二重极限的除法法则

可得函数在P0点处的极限

就等于函数在P0点处的取值

因而 函数在P0点处连续

如果P0点就是原点

此时

不能直接应用二重极限的除法法则

如何判定函数在P0点处是否连续

对于P0点是原点情形

考察函数在P0点的极限是否存在

选取不同的方向

即可发现

沿着不同方向趋近于原点

函数的极限值不同

因此 函数在原点处的极限不存在

因为 函数在原点处不连续

假设已知两个二元函数在P0点处都连续

试问它们的和差积商在P0点处是否都连续

利用二重极限的四则运算法则

两个连续函数的和 差 积仍然是连续的

而对于商

则需要添加分母不为零的条件

这样 从二重极限的四则运算法则

可以推导出连续函数的四则运算法则

假设二元函数f(x,y)在P0点连续

φ(u,v)和ψ在(α,β)点连续

并且φ(α,β)=a,ψ(α,β)=b

那么

它们的复合函数f(φ(u,v) ψ(u,v))

在P0点是否连续

利用极限的复合运算法则

可得复合函数f(φ(u,v) ψ(u,v))在P0点连续

考察这个二元有理函数的连续性

这个二元有理函数的定义域

为整个平面去掉抛物线y=4x²

对于定义域内的任意一点P0

利用连续函数的除法法则

可得二元有理函数在P0点处连续

综上

可得二元有理函数在它的定义域上连续

考察这个分段定义的二元函数的连续性

对于分段定义的函数

一般需要分段考虑

对于P0不是原点情形

可以直接利用连续函数的除法法则

那么 对于P0就是原点的情形呢

对于P0就是原点的情形

为了考察二元函数在原点处的二重极限

对二元函数作恒等变形

即分子分母同时乘以x² y

再把原来的函数写成两个因子的乘积

利用二重极限的乘法法则

可知函数在原点处的极限

就等于函数在原点的取值

这里还有一点小瑕疵

如果x² y=0怎么办

同学

你可以把这个小瑕疵严格说清楚吗

到学习讨论区

与小伙伴交流交流吧

考察这个二元连续函数在原点处的连续性

我们首先利用控制变量的思想

考察当动点沿x轴或者y轴上趋近于原点时

此时二元函数就约化为一元函数

利用函数的表达式

可以发现

这两个一元函数分别在y=0

或者x=0处连续

更一般地

如果动点沿着任意一条过原点的直线变化时

函数连续吗

如果动点沿着任意一条过原点的直线

y=kx(k≠0)变化时

函数f(x,y)=kx/(x²+k² )

当x趋于零时

它的极限为零

与函数在原点处取值相等

因此

动点沿着任意一条过原点的直线变化时

函数连续

那么 作为二元函数

它在原点处连续吗

作为二元函数

f(x,y)在原点处的连续性

就等价于考察二重极限是否存在

极限值是否等于函数在原点处的取值

如果选取动点沿着抛物线趋于原点

可以发现

此时

极限值随着抛物线的开口大小的变化而变化

因此

二元函数f(x,y)在原点处的二重极限不存在

因而 函数在原点处不连续

这个例子说明

即使沿着任意一条直线

二元函数都是连续的

并不能推出二元函数的连续性

这充分说明二元函数连续性的复杂性

本讲

我们利用二重极限和多重极限等概念

探究了二元函数

乃至多元函数连续性的定义 性质

以及判定 以及运算法则

虽然 从定义和性质上看

二元函数的连续性

与一元函数的连续性很相似

但是 由于平面上自变量的变化方向

和路径极其多样

这就决定了二元函数的连续性的多样性

类似于一元连续函数

具有较好的性质

二元连续函数也具有一些良好性质

有关二元连续函数的性质

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

多元函数的连续性笔记与讨论

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