§3.2 连续函数的性质
1. 定理1
定义在
上,在
点连续,
,则
使
,
,(湮符号性质)。
定理2 设
,
在点
连续,则
(1)
在
点连续;
(2)
在
点连续;
(3)
若
,
在
点连续。
推论 若
,
, 则
,
,又若
。
连续是用极限定义的,本推论是极限四则运算定理的直接结果,不证自明。
定理3 设
在
点连续,
在
点连续,且
,则
在
点连续。
这是复合函数求极限定理的直接结果,因其证明方法具有典型性,这里我们还是给出其证明。
证
, 由
在
连续,
, 使得当
时,有
.
对于
,由
在
连续,
, 使得当
时,有![]()
。所以当
时,有
,即
在
点连续。
推论 若
,值域包含于
,
,则![]()
![]()
2.
下面我们给出闭区间上连续函数的基本性质定理,这里我们给出证明,但目前不要求同
学们掌握,到第三册我们还会回到这个课题。
定理
( Bolzano-Cauchy 第一定理)设
,
,则
,使得
。
一条不间断的绳子,两头夹住,一头正,一头负, 总有一点
使得
。
证明:不妨设
,
。用中点
将
一分为二,得两区间
和
。若
,取
即可。不然若
,取
;
若
,取
,这保证
,
。
再用中点
将
一分为二,如上面方法选![]()
。 如此下去,在某一步如有
,取
即可,否则我们得到一区间串
,满足
1)
,
;
2)
,当
时;
3)
。
由区间套定理,存在
,使得
。
再由3)及连续函数性质,有
,
,
从而
。
定理(Bolzano-Cauchy 第二定理) 设
,值
介于
和
之
间,则
,使得
。
证 不妨设
, 作
,
且
,则由Bolzano-Cauchy第一定理
,使
,即
。
定理(Weierstrass第一定理)
,则
在
上有界。
证明: 如若不然,
在
上无界,
N,
,使得
,对于序列
,它有上下界
,波尔察诺定理告诉我们
使得
,由
在
连续,及
有
,
矛盾。
定理(Weierstrass第二定理)
, 则
在
上达到上、下确界。
证 令
,
, 如果
达不到
,则恒有
。
考虑函数
,则
,因而有界,即
,
从而
,这与
是上确界矛盾,因此
,使得
。
类似地可以证明达到下确界。
定义 设
定义在区间
上,
,
, 使得当
,
,
时,有
,则称
在
上一致连续。
一致连续比一般地连续要强:
在
连续,
,
,
,使得当
,
时,有