數學分析:函數連續性的相關練習

2021-01-08 老黃的分享空間

1、按定義證明下列函數在其定義域內連續

(1)f(x)=1/x;(2)f(x)=|x|.

證:(1)f(x)=1/x的定義域D=(-∞,0)∪(0,+∞)

當x,x0∈D時,有|1/x-1/x0|=|x-x0|/(|x||x0|)

由三角不等式可得:|x|≥|x0|-|x-x0|,

∴|1/x-1/x0|≤|x-x0|/(|x0|^2-|x-x0||x0|)

對任給的正數ε,有δ>0,當|x-x0|<δ時,

有|x-x0|/(|x0|^2-|x-x0||x 0|)<δ/(|x0|^2-δ|x0|)

∴要使|1/x-1/x0|<ε,只要使δ/(|x0|^2-δ|x0|)=ε,

即當δ=(εx0^2)/(1+ε|x0|)>0時,就有|f(x)-f(x0)|<ε

∴f(x)在x0連續. 由x0的任意性知f(x)在其定義域內連續.

(2)f(x)=|x|在R上都有定義。任取x, x0∈R,有||x|-|x0||≤|x-x0|.

對任給的正數ε,有δ>0,當|x-x0|<δ時,有||x|-|x0||<δ

∴只要取δ=ε,就有|f(x)-f(x0)|<ε

∴f(x)在x0連續. 由x0的任意性知f(x)在R連續.

2、延拓下列函數,使其在R上連續

(1)f(x)=(x^3-8)/(x-2);(2)f(x)=(1-cos x)/x^2 ;(3)f(x)=xcos(1/x).

解:(1)∵f(x)=(x^3-8)/(x-2)在x=2沒有定義,

且lim(x→2)(x^3-8)/(x-2)=lim(x→2)(x^2+2x+4)=12;

∴延拓函數得

(2)∵f(x)=(1-cos x)/x^2 在x=0沒有定義,且

lim(x→0)(1-cos x)/x^2 =lim(x→0)(2(sin(x/2))^2)/x^2

=lim(x→0)(sin(x/2))^2/〖2(x/2)〗^2 =1/2;

∴延拓函數得

(3)∵f(x)=xcos(1/x)在x=0沒有定義,且lim(x→0)xcos(1/x)=0;

∴延拓函數得

3、證明:若f在x0連續,則|f|與|f^2|也在點x0連續. 又問:|f|或f^2也在點I連續,那麼f在I是否必連續?

證:∵f在x0連續,∴ε>0,有δ>0,

使當|x-x0|<δ時,都有|f(x)-f(x0)|<ε.

又|f(x)-f(x0)|≥||f(x)|-|f(x0)||,

∴當|x-x0|<δ時,都有||f(x)|-|f(x0)||<ε.

∴|f|在點x0連續.

又∵f在x0連續,由局部有界性知,存在M>0及δ1>0,

使|x-x0|<δ1時,有|f(x)|<M/2,

ε>0,有δ2>0,使當|x-x0|<δ2時,都有|f(x)-f(x0)|<ε/M.

取δ』=min{δ1,δ2},則當|x-x0|<δ』時,有

|f^2(x)-f^2(x0)|=|f(x)-f(x0)||f(x)+f(x0)|≤|f(x)-f(x0)|(|f(x)|+|f(x0)|)<ε/M·M=.

∴f^2在點x0連續.

其逆命題不成立,例如設

則|f|,f^2均為常數函數,

∴|f|,f^2均為連續函數,但f(x)在R上的任一點都不連續.

4、設當x≠0時,f(x)≡g(x),而f(0)≠g(0). 證明:f與g兩者中至多一個在x=0連續.

證:若f與g在x=0都連續,

則lim(x→0)f(x)=f(0);lim(x→0)g(x)=g(0).

又當x≠0時,f(x)≡g(x),

∴lim(x→0)f(x)=lim(x→0)g(x),

∴f(0)=g(0),這與f(0)≠g(0)矛盾,

∴f與g兩者中至多一個在x=0連續.

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