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函數在開區間内連續就有界嗎

生活 更新时间:2025-01-21 00:47:26

#頭條創作挑戰賽#

函數在閉區間上一緻連續的條件很好總結,也很好記,那就是閉區間上的連續函數一緻連續。即在閉區間上,連續是一緻連續的充要條件。那麼函數在開區間上一緻連續又有什麼條件呢?是不是也是充要條件呢?

函數在開區間内連續就有界嗎(函數在開區間上一緻連續)1

事實上,如果函數在開區間上任一收斂的自變量數列,對應的函數列的極限都存在,那麼函數在開區間上就一緻連續。這是函數在開區間上一緻連續的一個充分條件,至于是否必要條件,不在這篇文章讨論的範圍。

證明:設函數f定義在有限區間(a,b)上,若對于(a,b)内任一收斂數列{xn},lim(n→∞)f(xn)都存在,則f(x)在(a,b)上一緻連續.

證:若f在(a,b)上不一緻連續,則存在ε0>0,對任給的δ>0,【這是反證法。隻要有一個ε0使一緻連續的定義不成立,就可以了。接下來證明不存在這樣的ε0】

總有x’,x”∈(a,b),使得|x’-x”|<δ,但|f(x’)-f(x”)|≥ε0.【與一緻連續的定義相反】

取δn=1/n (n=1,2,…),則相應有{xn’}與{xn”}⊂(a,b),【取分數單位數列{1/n}的所有項為δn,由于一個δ對應兩個點,那些對應x'的點記為數列{xn'},對應x"的點記為數列{xn"},這兩個數列都包含于開區間

使|f(xn’)-f(xn”)|≥ε0.【且兩個數列中對應項的函數距離都不小于ε0

取收斂子列{x’_(nk)}⊂{xn’},{x”_(nk)}⊂{xn”},【由于這兩個數列都是有界無限的,所以他們各至少有一個收斂子列∵0≤|x’_(nk)-x”_(nk)|<1/nk →0(k→∞),【而兩個收斂子列的對應項距離肯定不小于0,但它又小于對應的δ_(nk)=1/nk

∴lim(k→∞) x’_(nk)=lim(k→∞) x”_(nk),【當k趨于無窮時,δ_(nk)趨于0,由迫斂性知,兩個收斂子列的極限相等

即lim(k→∞)[f(x’_(nk))-f(x”_(nk))]=0,【而兩個收斂子列對應項的函數子列對應項距離的極限也等于0

∴當k充分大時,|f(x’_(nk))-f(x”_(nk)) |<ε0,矛盾.【顯然,與上面假設的|f(x’)-f(x”)|≥ε0矛盾

∴f在(a,b)上一緻連續.

函數在開區間内連續就有界嗎(函數在開區間上一緻連續)2

需要特别指出的是,“當自變量的極限存在時,可交換函數和極限符号的順序,因此函數的極限也存在”,是這道題的重要依據。有興趣的小夥伴們可以探究一下,這個條件是不是必要條件。

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