§3.3 初等函数连续性

 

1.多项式函数  

有理函数   

三角函数    

                      

2.定理  区间上严格单调函数,如果值域为一区间,则函数连续。(见上图)

 

本定理可看成Bolzano-Cauchy第二定理之逆:连

续函数可以取到一切中间值,反之不对,看例子

       

 

它可取一切中间值,却不连续。 但如加上严格单调条件,就成立了。

 

定理的证明  不妨设在区间严格上升,若不连续,

中必有一严格不等号成立,比如,则值域包含在中,就不是一个区间了。

    下面定理给出反函数的连续性。

定理  ,严格上升,记 ,

可能为

  1  上存在反函数

(2)       上严格上升;     

(3)      

 

实际上表示是同一条曲线,单调性和连续性都是这条曲线的固有性质,这定理结果是再也自然不过的事实。

    1)因严格上升,反函数一定存在,需要证的定义域恰为

    ,由上、下确界定义,, 使得。在

上应用Bolzano-Cauchy第二定理,使得,由的任意性,得到的值域,即的定义域。

   2 , , 要证,若,由反函数定义及的严格上升,得, 矛盾,所以严格上升。

   3严格上升,值域为,由定理1

  严格上升,令, 则结论中改为

仍成立,对严格下降函数也有同样结论。

由此可得   

           

           

3. 指数函数、对数函数函数连续性

引理  为正整数,则 使。由此我们可以定义    

  在区间 上考虑函数,

Bolzano-Cauchy第二定理给出,使

    如果,即,由函数 严格单调,推出,即唯一性。

    定义  正整数,互素)为正有理数, 为负有理数,,定义 为无理数,定义

    这里需说明存在:当为有理数时,是单调上升的,即  时,,所以存在。

    最后无论为有理数还是无理数,都有

    命题  严格上升,在上连续。

  有理数,使得, 由此

, , , 使得,取有理数,使得, , ,  ,

, 所以

    指数函数还有性质   

    命题  对数函数

      上严格上升,连续,其值域为,所以其反函数也严格上升,连续。

    命题  函数

      它是指数函数和对数函数的复合函数,每个函数都连续,它们的复合也连续。

    结论  一切初等函数都在其定义域上是连续的。

    求极限的指数法则 ,则

     如果点连续,且,则点连续,补充定义,则

    上述极限过程当仍成立,只要利用变换 就行了,例如: 中我们注意到,很容易得到它趋向于,当时。

连续可交换: