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高數這個概念很難理解,老黃給大家證明!
- 由 老黃知識共享 發表于 籃球
- 2023-01-11
如何證明若函式在閉區間
一致連續性是一個比較難理解的高數概念,那是“老黃學高數”第131講分享的內容。這篇文章要介紹的是,如何運用實數的完備性定理,證明連續函式在閉區間上的一致連續性定理。
一致連續性,簡言之,就是閉區間上的連續函式也一致連續。老黃要給大家分享兩種證法。
一致連續性定理:若f在[a,b]上連續,則在[a,b]上一致連續.
證法一:(應用有限覆蓋定理)由f在[a,b]上的連續性,
ε>0,對每一點x∈[a,b],都存在δx>0,使得當x0∈U(x,δx)時,有|f(x0)-f(x)|<ε/2.
【每一個點都符合連續性的定義,即每一個點都有對應的一個鄰域半徑δx】
令H={U(x,δx/2)|x∈[a,b]},則H開覆蓋[a,b].
【把這些鄰域的半徑縮小一半,組成一個開區間集H,由於它們是由閉區間上的每一個點的鄰域構成的,所以閉區間上的每一個點都在H中至少屬於一個開區間,從而實現對閉區間的無限開覆蓋。至於為什麼要把鄰域的半徑縮小一半,只是為了證明的結果看起來更加完美,其實沒有什麼實際必要】
由有限覆蓋定理, 有H’={U(xi,δi/2)|i=1,2,…,k}H, 覆蓋[a,b],
【有限覆蓋定理:閉區間的無限開覆蓋必存在有限開覆蓋。即可以在H中選出有限個開區間,構成H的有限子集H‘,實現對閉區間的有限開覆蓋】
記δ=min(0<i≤k) {δi/2}>0, 對任何x1,x2∈[a,b],只要|x2-x1|<δ,
【高數的常規操作,取H’的所有開區間的最小半徑,則只要閉區間上任意兩點的距離小於這個最小半徑,那麼它們就肯定屬於某一個鄰域】
x1必屬於H’的某個開區間U(xi,δi/2),即|x1-xi|<δi/2, 則有
【不過這裡並沒有直接說它們屬於同一鄰域,而是先說x1屬於某一鄰域】
|x2-xi|≤|x2-x1|+|x1-xi|<δ+δi/2≤δi/2+δi/2=δi,
【然後再利用絕對值的三角不等式,證明x2也屬於同一個鄰域。瞧,最後推出的距離小於δi,這就是為什麼前面要取δi/2的原因,這是高數的一種強迫症,其它沒有必要,你就推出的結果是一恆河沙個δi,那也改變不了它可以任意小的實質】
又|f(x1)-f(xi)|<ε/2, |f(x2)-f(xi)|<ε/2, 有|f(x2)-f(x1)|≤|f(x1)-f(xi)|+|f(x2)-f(xi)|<ε.
【然後在函式方面還要再用一次絕對值的三角不等式,證明兩個函式值的距離小於任意正數ε,符合一致連續性的定義】
∴f在[a,b]上一致連續.
證法二:(應用緻密性定理)若f在[a,b]上不一致連續,則
【應用緻密性定理和反證法】