數學分析:函數一致連續性的相關練習

2021-01-08 老黃的分享空間

1、試用一致連續的定義證明:若f,g都在區間I上一致連續,則f+g也在I上一致連續.

證:∵f,g都在區間I上一致連續,

∴對任給的ε>0,分別存在正數δ1和δ2,

使對任何x』,x」∈I,只要|x』-x」|<δ1,就有|f(x』)-f(x」)|<ε/2;

只要|x』-x」|<δ2,就有|g(x』)-g(x」)|<ε/2;

取δ=min(δ1,δ2),則只要|x』-x」|<δ,

就有|f(x』)-f(x」)|+|g(x』)-g(x」)|<ε,

又|[f(x』)+g(x』)]-[f(x」)+g(x」)]|=|[f(x』)-f(x」)]+[g(x』)-g(x」)]|

≤|f(x』)-f(x」)|+|g(x』)-g(x」)|,

∴對任給的ε>0,有正數δ,對任何x』,x」∈I,只要|x』-x」|<δ,

就有|[f(x』)+g(x』)]-[f(x」)+g(x」)]|<ε,∴f+g也在I上一致連續.

2、證明f(x)=√x 在[0,+∞)上一致連續.

證:∵f(x)=√x 在[0,+∞)連續,故對任意a>0,

f(x)在[0,a]上連續,且一致連續.

∴ε>0,總δ1>0,使任意x』,x」∈[0,a],

當|x』-x」|<δ1時,有|f(x』)-f(x」)|<ε.

又對任意x』,x」∈[a,+∞),

要使|√(x』)-√(x」)|=|x』-x」|/(√(x』)+√(x」))<|x』-x」|/(2√a)<ε,

只要取δ2=2ε√a,

則只要|x』-x」|<δ2時,就有|√(x』)-√(x」)|<ε.

取δ=min(δ1,δ2, a/2),

當任意x』,x」∈[0,+∞)且|x』-x」|<δ時,總有

x』,x」∈[0,a]或x』,x」∈[a/2,+∞),有|√(x』)-√(x」)|<ε.

∴f(x)=√x在[0,+∞)上一致連續.

3、證明:f(x)=x^2在[a,b]上一致連續,但在(-∞,+∞)上不一致連續.

證:ε>0,對任意x1,x2∈[a,b],要使

|x1^2-x2^2|=|x1+x2|·|x1-x2|<2max(|a|,|b|)·|x1-x2|<ε.

只要取δ=ε/(2max(|a|,|b|)),則

當|x1-x2|<δ時,就有|f(x1)-f(x2)|<ε,

∴f(x)=x^2在[a,b]上一致連續。

取ε0=1,不管正數δ多麼小,只要n充分大,

總有x』=n+1/n,x」=n,使

|x』-x」|=1/n<δ,而|f(x』)-f(x」)|=|(n+1/n)^2-n^2 |=2+1/n^2 >ε0,

∴f(x)=x^2在(-∞,+∞)上不一致連續.

4、設函數f在區間上滿足利普希茨條件,即存在常數L>0,使得對I上任意兩點x』,x」都有|f(x』)-f(x」)|≤L|x』-x」|,證明 f在I上一致連續.

證:ε>0,總有正數δ=ε/L,使I上任意兩點x』,x」,

當|x』-x」|<δ時,就有|f(x』)-f(x」)|≤L|x』-x」|< L·δ=ε.

∴f在I上一致連續.

5、證明sinx在(-∞,+∞)上一致連續.

證:ε>0,對任意x』,x」∈(-∞,+∞),

要使|sinx』-sinx」|≤|x』-x」|<ε,只需取δ=ε,

則當|x』-x」|<δ時,就有|sinx』-sinx」|<ε,

∴sinx在(-∞,+∞)上一致連續.

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