【数学分析】一致连续的一些证明方法 |
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一致连续是函数的一个重要性质。与注重于函数在“一点”情况的连续性刻画不同,一致连续是对函数在一个区间性质的刻画。 一致连续的定义如下: 设 f ( x ) 在区间 X 上有定义。如果 ∀ ϵ > 0 , ∃ δ > 0 , s . t . ∀ x 1 , x 2 ∈ X , 只要 ∣ x 1 − x 2 ∣ < δ , 都有 ∣ f ( x 1 ) − f ( x 2 ) ∣ < ϵ , 就称 f ( x ) 在 X 上一致连续。 设f(x)在区间X上有定义。如果\forall \epsilon>0,\exist \delta>0,s.t.\\\forall x_1,x_2\in X,\\只要|x_1-x_2|0,s.t.∀x1,x2∈X,只要∣x1−x2∣ 0 , s . t . 对任意闭子区间 I ⊂ X , 只要 l ( I ) < δ , 都有 ω f ( I ) < ϵ , l ( I ) 表示区间长度 设f(x)在区间X上有定义,则f(x)在X上一致连续\iff \\\forall \epsilon>0,\exist \delta >0,s.t.\\对任意闭子区间I\sub X,只要l(I)0,s.t.对任意闭子区间I⊂X,只要l(I)xn2}⊂I,只要xn1−xn2→0,n→+∞就有f(xn1)−f(xn2)→0(n→∞). 注:这个证明也不复杂,对于右推左考虑反证法例: 若 f ( x ) 在 [ a , c ] , [ c , b ] 上一致连续,那么 f ( x ) 在 [ a , b ] 上也一致连续 证明:只要考虑 x 1 ∈ [ a , c ] , x 2 ∈ [ c , b ] 的情况: ∣ f ( x 1 ) − f ( x 2 ) ∣ ≤ ∣ f ( x 1 ) − f ( c ) ∣ + ∣ f ( x 2 ) − f ( c ) ∣ , 得证 若f(x)在[a,c],[c,b]上一致连续,那么f(x)在[a,b]上也一致连续\\证明:只要考虑x_1\in[a,c],x_2\in[c,b]的情况:\\|f(x_1)-f(x_2)|\leq|f(x_1)-f(c)|+|f(x_2)-f(c)|,得证 若f(x)在[a,c],[c,b]上一致连续,那么f(x)在[a,b]上也一致连续证明:只要考虑x1∈[a,c],x2∈[c,b]的情况:∣f(x1)−f(x2)∣≤∣f(x1)−f(c)∣+∣f(x2)−f(c)∣,得证. 注意:此处使用的绝对值不等式之后还会多次使用。事实上,在证明与一致连续相关的结论时,这是一个很好的工具例: f ( x ) 在有穷开区间 ( a , b ) 上一致连续,那么 f ( x ) 在 ( a , b ) 上有界 f(x)在有穷开区间(a,b)上一致连续,那么f(x)在(a,b)上有界 f(x)在有穷开区间(a,b)上一致连续,那么f(x)在(a,b)上有界 不想打字X2 注:这里采取分类讨论的思想,因为在闭区间上函数有界很好说明,闭区间有限开覆盖定理:以及Cantor定理的互推(较繁琐) 定理: 设 f ( x ) 在有穷开区间 ( a , b ) 上连续, 则 f ( x ) 在 ( a , b ) 上一致连续的充要条件是 lim x → a + f ( x ) 与 lim x → b − f ( x ) 都存在 设f(x)在有穷开区间(a,b)上连续,\\则f(x)在(a,b)上一致连续的充要条件是\\\lim_{x\rightarrow a^+}f(x)与\lim_{x\rightarrow b^-}f(x)都存在 设f(x)在有穷开区间(a,b)上连续,则f(x)在(a,b)上一致连续的充要条件是limx→a+f(x)与limx→b−f(x)都存在. 如果将有穷区间改为无穷区间,那么必要性不再成立,但是充分性依然成立。最后介绍一个非常有用的证函数在某区间一致连续的方法: |
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