數學分析:連續函數練習題

2021-01-09 老黃的分享空間

1、討論複合函數f(g(x))與g(f(x))的連續性,設

(1)f(x)=sgn x,g(x)=1+x^2;(2)f(x)=sgn x,g(x)=(1-x^2)x.

解:(1)∵f(g(x))=sgn(1+x^2)≡1,∴f(g(x))是連續函數.

∴x=0是g(f(x))的可去間斷點,其餘點處處連續.

∴x=0和x=±1是f(g(x))的跳躍間斷點.

又g(f(x))=[1-(sgn x)^2]x≡0,∴g(f(x))是連續函數.

2、設f,g在點x0連續,證明:

(1)若f(x0)>g(x0),則存在U(x0,δ),使在其內有f(x)>g(x);

(2)若在某U(x0)內有f(x)>g(x),則f(x0)≥g(x0).

證:(1)∵f(x0)>g(x0),設ε0=(f(x0)-f(g0))/2>0,

∵f在點x0連續,∴lim(x→x0)f(x)=f(x0),

即對ε0,有δ1>0,使當|x-x0|<δ1時,

就有|f(x)-f(x0)|<ε0=(f(x0)-f(g0))/2,

同理對ε0,有δ2>0,使當|x-x0|<δ2時,

就有|g(x)-g(x0)|<ε0=(f(x0)-f(g0))/2,

取δ=min(δ1,δ2),則當|x-x0|<δ時,

就有|f(x)-f(x0)|+|g(x)-g(x0)|< f(x0)-g(x0),

又f(x0)-f(x)+g(x)-g(x0)≤|f(x)-f(x0)|+|g(x)-g(x0)|,

∴f(x0)-f(x)+g(x)-g(x0)< f(x0)-g(x0),

化簡得f(x)>g(x),x∈U(x0,δ).

(2)若f(x0)<g(x0),由(1)可知存在某U(x0,δ),使f(x)<g(x),

這與題設f(x)>g(x)矛盾;∴f(x0)≥g(x0).

3、設 f,g在區間I上連續,記F(x)=max{f(x),g(x)},G(x)=min{f(x),g(x)}.

證明F和G也都在I上連續.

證:F(x)=max{f(x),g(x)}=[f(x)+g(x)+|f(x)-g(x)|]/2;

G(x)=min{f(x),g(x)} =[f(x)+g(x)-|f(x)-g(x)|]/2.

∵f,g在區間I上連續,∴|f(x)-g(x)|在區間I上連續,∴F和G也都在I上連續.

4、設f為R上的連續函數,常數c>0,

證明:F在R上連續.

證1:函數F等價於F(x)=max{-c,min{c,f(x)}},

∵f(x)和y=c在R上連續,∴min{c,f(x)}在R上連續;

又y=-c在R上連續,∴F(x)=max{-c,min{c,f(x)}}在R上連續.

證2:函數F等價於F(x)=[|c+f(x)|-|c-f(x)|]/2,

∵f(x)在R上連續,∴|f(x)±c|在R上連續;∴F(x)在R上連續.

5、設f(x)=sinx,

證明:複合函數f(g(x))在x=0連續,但g在x=0不連續.

∴f(g(x))=-sinx在x=0連續.

又lim(x→0-)g(x)= -π,lim(x→0+)g(x)=π,∴g在x=0不連續.

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