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有哪種常見的連續不可導函數

生活 更新时间:2024-09-10 14:19:28

對于連續函數大家都知道,一般我們所接觸的連續函數都能找到在一段區域裡可導。而在數學的發展過程中,數學家猜測有沒有處處連續又處處不可導的函數呢?一般的函數把它局部放大,當它放大到一定程度,就會是一條光滑的曲線。隻要光滑就肯定可導。那麼處處連續處處不可導的函數,不管怎麼放大,一定不會出現光滑的曲線,後來這樣函數被數學家找到了,現在給出Van Der Waerden在1930年找到的一個函數,是用無窮級數表示的:

有哪種常見的連續不可導函數(你能想象處處連續處處不可導的函數什麼樣子嗎)1

首先證明這個無窮級數在負無窮到正無窮區域内連續。

該證明需要用到函數項級數裡的兩個定理,第一個是函數項級數一緻收斂的Weierstrass判别法。這裡先解釋一下一緻收斂

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一緻收斂其實就是函數項級數在各個點的收斂速度一緻,收斂速度與函數點的位置無關

一緻收斂的Weierstrass判别法:

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證明略。第二個定理是對于一緻收斂的函數項級數,極限運算與無限求和運算可以交換順序。

連續性定理:

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證明略。有了這兩個定理,下面繼續證明這個無窮級數在負無窮到正無窮區域内連續。

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接下來是該證明最關鍵的地方:

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當第m位小數點是0,1,2,3,5,6,7,8這些數時,小數位上加1,這樣,原來小數位的數大于等于5,經過這樣的操作之後,小數位的數還是大于等于5;原來小數位的數小于5,經過這樣操作,小數位的數還是小于5。

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這個極限是不存在的,也就是函數的導數不存在。

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實際上現實生活中到處有這樣的處處連續處處不可導的函數,比如海岸線,首先海岸線是連續的,從地圖上看海岸線彎彎曲曲不光滑的,如果試圖放大去找光滑的曲線,我們去海邊觀察海岸線,會發現局部有更多的地圖上沒有顯示出的皺褶。無論怎麼放大,曲線總有皺褶。反而是在生活難以找到理論上光滑的曲線,光滑的玻璃把它放大也會看到它并不是平整的,任何平面都有粗糙度,褶皺恰恰是常态。

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