数学笔记-第一章-连续与间断

连续

连续就是指 :

函数在该点的极限值 = 函数值

这是函数连续的最重要概念.

注意 : 函数连续可以推导出函数的极限值存在 , 但是反过来 , 函数的极限值存在 , 却不能说明函数连续.

连续的充要条件

解决分段函数分段点的连续问题

充要条件 :

如果函数在\(x_0\)处连续 , 则函数在\(x_0\)处的左右极限存在并相等 , 并且极限值等于函数值.

这句话说明了4件事情 :

如果一个函数连续 , 则 :

  • 左极限存在
  • 右极限存在
  • 左右极限相等
  • 极限值等于函数值

上面四点有任意一点不满足 , 则说明函数在该点不连续.

例如 : \[ 试证函数f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{l}x\sin\frac1x , x\neq0\\0 , x=0\end{array}\right. \]

\[ 在x=0处连续 \]

证明 : \[ \because\lim_{x\rightarrow0}x\sin\frac1x=0 , 左极限存在 \]

\[ f(0)=0 , 右极限存在 \]

\[ 且\lim_{x\rightarrow0}x\sin\frac1x=f(0) \]

\[ \therefore f(x)在x=0处连续 \]

例如 : \[ 讨论f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{l}x+2 , x>0\\x-2 , x<0\end{array}\right.在x=0处的连续性 \]

\[ \lim_{x\rightarrow 0^+}f\left(x\right)=\lim_{x\rightarrow 0^+}\left(x+2\right)=2 , 右极限存在 \]

\[ \lim_{x\rightarrow 0^-}f\left(x\right)=\lim_{x\rightarrow 0^-}\left(x-2\right)=-2 , 左极限存在 \]

\[ 但是\lim_{x\rightarrow 0^+}f\left(x\right)\neq\lim_{x\rightarrow 0^-}f\left(x\right) \]

\[ \therefore f(x)在x=0处不连续 \]

例如 : \[ a取何值时 , f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{l}\cos x , x<0\\a+x , x\geq0\end{array}\right.在x=0处连续 \]

\[ \because f(0)=a \]

\[ \lim_{x\rightarrow 0^-}f\left(x\right)=\lim_{x\rightarrow 0^-}\cos x=1 \]

\[ \lim_{x\rightarrow 0^+}f\left(x\right)=\lim_{x\rightarrow 0^+}(a+x)=a \]

\[ \therefore a=1 \]

间断

间断和连续的概念是相对的 , 不连续就是间断 , 任何一个点不满足连续的4个条件 , 都是间断点 , 而只要是没有意义的点一定是间断的.例如分母为零.

间断点的种类

第一类间断点

左右极限存在的间断点.

这句话有2个意思 :

  1. 这个点有左右极限.
  2. 这个点间断.

所以第一类间断点有两种 :

  • 跳跃间断点 : 左右极限都有 , 但是两者不相等.
  • 可去间断点 : 左右极限都有且相等 , 但是极限值不等于函数值.

第二类间断点

除了第一类间断点 , 剩下的都是第二类间断点.

间断点的判断

  • 只要是没有意义的点 , 例如分母为零的点 , 一定是间断点.
  • 当题目问某个点是哪种类型的间断点时 , 可以被消去的是第一类 , 不可被消去的是第二类.

例如 : \[ 讨论f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{l}-x , x\leq0\\1+x , x>0\end{array}\right.在x=0处的连续性 \]

\[ \lim_{x\rightarrow0^-}f\left(x\right)=0 , 左极限存在 \]

\[ \lim_{x\rightarrow0^+}f\left(x\right)=1 , 右极限存在 \]

\[ \because \lim_{x\rightarrow0^-}f\left(x\right)\neq\lim_{x\rightarrow0^+}f\left(x\right) \]

\[ \therefore x=0为函数f(x)的跳跃间断点 \]

例如 : \[ 讨论f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{l}2\sqrt x , 0\leq x<1\\1 , x=1\\1+x , x>1\end{array}\right.在x=1处的连续性 \]

\[ \lim_{x\rightarrow1^-}f\left(x\right)=2 \]

\[ \lim_{x\rightarrow1^+}f\left(x\right)=2 \]

\[ \because \lim_{x\rightarrow1}f\left(x\right)\neq f(1)=1 \]

\[ \therefore x=1为函数f(x)的可去间断点 \]

再解释一下什么叫可以消去的叫第一类 , 不可以消去的叫第二类

例如 :

判断下列函数的指定点所属的间断点类型 : \[ y=\frac{x^2-1}{x^2-3x+2} \] 上面说过 , 使得函数没有意义的点肯定是间断点 , 也就是说 , 这里要使分母为零 , 即\(x_1=1\)\(x_2=2\)这两个点就一定是间断点.

而当\(x=1\) , 即\(x-1=0\)时 , 分子和分母都能同时约去一个\(x-1\) , 所以我们知道这个点就是第一类间断点.

又因为此点左右极限相等 , 所以\(x_1=1\)是第一类的可去间断点.

而当\(x=2\) , 即\(x-2=0\)时 , 分子和分母不能约分 , 所以是第二类间断点.

结束

下一篇写连续函数闭区间三大定理 , 溜了.