對函數連續性的理解

2021-03-01 輕鬆學高等數學

一、什麼是連續?

對於連續性,在自然界中有許多現象,如氣溫的變化,植物的生長等都是連續地變化著的。這種現象在函數關係上的反映,就是函數的連續性。簡單地說,如果一個函數的圖像你可以一筆畫出來,整個過程不用抬筆,那麼這個函數就是連續的。

從數學上看,所謂連續即「極限值=函數值」,這一個等式包含了三個方面:

1、函數必須在該點處有定義;

2、函數必須在這個點附近存在極限;

3、是前面兩點的內容必須相等,同時滿足這三個條件,才叫做函數在某點處連續。

也可以這樣直觀理解:

直觀意義就是:

兩個點之間可以插入無數個點,一直插入到兩個點之間沒有空隙;

例如 y = x 取 x = 1,跟 x = 2 兩個值,y = 1,y = 2 是它們對應的值,在這兩點之間,x 可以取任何值。也就是說,我們沒有任何理由 x 不取某個值。在這樣的情況下,這兩個點之間可以填滿無數個點,把這些點連起來的圖形沒有斷斷續續的點,而是一條沒有斷點沒有縫隙的直線。沒有斷點的線,無論是直線還是曲線就是連續的線。函數連續就是圖形沒有斷點,沒有縫隙,沒有漏洞。

數學定義:若對任意ε>0,存在δ>0,使得當|x-x0|<δ時有:|f(x)-f(x0)|<ε,則稱f在x0處連續若f在區間I上任一點都滿足上述定義,則稱f在I上連續。

總之,所謂連續是指函數y=f(x)當自變量x的變化很小時,所引起的因變量y的變化也很小。例如,氣溫隨時間變化,只要時間變化很小,氣溫的變化也是很小的;又如,自由落體的位移隨時間變化,只要時間變化足夠短,位移的變化也是很小的。對於這種現象,我們說因變量關於自變量是連續變化的,連續函數在直角坐標系中的圖像是一條沒有斷裂的連續曲線。由極限的性質可知,一個函數在某點連續的充要條件是它在該點左右都連續。

二、什麼是不連續?

不連續」是不能同時滿足連續的三個條件的點:

1、函數在該點處沒有定義;

2、若函數在該點有定義,但函數在該點附近的極限不存在;

3、雖然函數在該點處有定義,極限也存在,但是二者不相等。

關於間斷點,請看此文章.-->    圖識間斷點

三、連續函數的定理:

定理一 在某點連續的有限個函數經有限次和、差、積、商(分母不為0) 運算,結果仍是一個在該點連續的函數。

定理二 連續單調遞增 (遞減)函數的反函數,也連續單調遞增 (遞減)。

定理三 連續函數的複合函數是連續的。

這些性質都可以從連續的定義以及極限的相關性質中得出。

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