函數的連續性

一、連續函數的概念

已知函數 f(x)在 a 存在極限 b , 即

函數的連續性

連續函數的概念圖(1)

a 可能屬於函數 f(x)的定義域;也可能不屬於函數 f(x)的定義域,即使 a 屬於函數 f(x)的定義域,f(a)也不一定等於 b 。

但是,當 f(a)= b 時,函數有著特殊的意義 。

1、函數在某一點處的連續性:

定義 : 設函數 f(x)在 U(a)有定義。若函數 f(x)在 a 存在極限,且極限就是 f(a), 即

函數的連續性

連續函數的概念圖(2)

則稱函數 f(x)在 a 連續 , a 是函數 f(x)的連續點

一般地,函數 f(x) 在點 x0 處連續必須同時具備三個條件:

函數的連續性

連續函數圖(1)

1、 f(x0) 存在,即函數 f(x) 在點 x0 處有定義 ;

2、

函數的連續性

連續函數圖(2)

3、

函數的連續性

連續函數圖(3)

例題1、討論下列函數在給定點處的連續性。

函數的連續性

例題1圖(1)

解:

函數的連續性

例題1圖(2)

函數的連續性

例題1圖(3)

例題2、觀察下列函數的圖象,說出函數在 x=a 處是否連續。

函數的連續性

例題2圖(1)

函數的連續性

例題2圖(2)

2、函數在某一點單側的連續性:

定義 : 設函數 f(x)在以 a 為 左(右)端點的區間有定義。若

函數的連續性

單側連續性圖

則稱函數 f(x)在 a 右連續 (左連續)

結論:

函數在一點處連續的充要條件是既左連續又右連續 。

函數的連續性

結論圖

② 開區間內連續 :如果函數 f(x)在某一開區間 (a,b)內每一點處都連續,就說函數f(x)在開區間(a,b)內連續,

或說f(x)是開區間(a,b)內的連續函數。

③ 閉區間上連續:如果函數 f(x)在開區 間 (a,b)內連續,在左端點 x = a 處右連續,在右端點 x = b 處左連續,

就說函 數 f(x)在閉區間 [a , b ] 上連續。

二、閉區間上連續函數的性質:

函數的連續性

閉區間連續函數的性質圖

性質1、(有界性)若函數 f(x)在閉區間 [ a , b ] 連續,則函數 f(x)在閉區間 [ a , b ] 有界,即 存在 M > 0 ,

對任意的 x ∈ [ a , b ] , 有 ∣f(x)∣ ≤ M 。

注:在半開區間 ( 0 , 1 ] ,連續函數 f(x)= 1/x 無界 。

性質2、(最值性)若函數 f(x)在閉區間 [ a , b ] 連續,則函數 f(x)在閉區間 [ a , b ] 能取到最小值 m 與最大值 M ,

存在 x1 , x2 ∈ [ a , b ] , 使 f(x1)= M , f(x2)= m ,

對任意的 x ∈ [ a , b ] , 有 m ≤ f(x)≤ M 。

性質3、(零點定理)若函數 f(x)在閉區間 [ a , b ] 連續,且 f(a)f(b)< 0 ,(即 f(a)與 f(b)異號),

則在區間 (a , b)至少 存在一點 c , 使 f(c)= 0 。

性質4、連續函數的運算性質同極限的運算性質(略)。

例題3、證明:方程 x = cosx 在 (0 ,π/2)內至少存在一個實根 。

證明 令 f(x)= x - cosx , 則函數 f(x)= x - cosx 在 [0 ,π/2 ] 連續,並且 f(0)= -1 < 0 ,

f(π/2)= π/2 > 0 . 根據零點定理 ,函數 f(x)= x - cosx 在 (0 ,π/2)內至少存在一點 c ,使

f(c)= c - cosc = 0 , 即 方程 x = cosx 在 (0 ,π/2)內至少存在一個實根 。


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