2.2 知识点复习

2.2.1 函数的连续性

重要概念回顾

(1)

连续:设I⊆R,称函数f:I→R在a∈I处连续,若∀ε>0,∃δ>0,使得∀x∈I,|x−a|<δ⟹|f(x)−f(a)|<ε。

(2)

连续函数:称f:I→R是连续函数,若f在I的每一点处连续。

重要定理回顾

(1)

连续函数的复合:设函数f在a处连续,g在b=f(a)处连续,则g∘f在a处连续。

(2)

连续函数的四则运算:设函数f和g都在a处连续,则f±g、f⋅g、f/g(g(a)≠0)都在a处连续。

应用

(1)

绝对值函数|x|在R上连续。

(2)

基本初等函数(常函数、幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数)在其定义域内连续。它们的有限次四则运算和复合运算结果仍然连续。

2.2.2 函数在一点处的极限

重要概念回顾

(1)

邻域、去心邻域、聚点、孤立点。

(2)

极限:设a∈R是集合I的一个聚点,称limx→af(x)=A,若∃A∈R使得∀ε>0,∃δ>0,使得∀x∈I∩U∘(a,δ),|f(x)−A|<ε。

重要定理回顾

(1)

极限唯一性:若当x趋于a时函数f:I→R存在极限,则极限唯一。

(2)

极限与连续的关系:设a是I的聚点,则

  • 若在a的一个去心邻域中f(x)=g(x),limx→af(x)=A,则limx→ag(x)=A。
  • limx→af(x)=A的充分必要条件是如下定义的函数F在a处连续:(1)F(x)={f(x),x∈I∖{a},A,x=a.
  • f在a处连续当且仅当limx→af(x)=f(a)。
(3)

极限的四则运算:设limx→af(x)=A,limx→ag(x)=B,则

  • limx→a[f(x)±g(x)]存在,且等于A±B。
  • limx→a[f(x)⋅g(x)]存在,且等于A⋅B。
  • 若B≠0,则limx→af(x)g(x)存在,且等于AB。
(4)

复合函数的极限:设limx→af(x)=b。

  • 若g在点b处连续,则limx→ag(f(x))存在,且等于g(b)。
  • 若g在点b处无定义,且limy→bg(y)=A,则limx→ag(f(x))存在,且等于A。
(5)

夹挤定理:设函数u,v,f都在I上定义,a是I的聚点。若在a的一个去心邻域中总有u(x)≤f(x)≤v(x),且limx→au(x)=limx→av(x)=A,则limx→af(x)存在,且等于A。

(6)

保序性和有界性:设limx→af(x)=A,limx→ag(x)=B,则

  • 若A<B,则在a的某个去心邻域中总成立f(x)<g(x)。
  • f在a的某个去心邻域中有界。
  • 若在a的任何去心邻域中总存在x使得f(x)≤g(x),则A≤B。

应用

(1)

limx→axsin⁡1x=0。

(2)

定义Riemann函数为(2)R(x)={1p,x=qp,p∈N∗,q∈Z,gcd(p,q)=1,0,x∉Q. 则∀a∈R,limx→aR(x)=0。

(3)

limx→1x2−3x+2x2−x=−1。

(4)

设a>0,limx→ax−ax−a=12a。

(5)

limx→0sin⁡xx=limx→0tan⁡xx=limx→01−cos⁡xx2/2=1。

(6)

若limx→af(x)存在,则f在a的某个去心邻域中有界。

(7)

limx→0sin⁡1x、limx→01xsin⁡1x不存在。

注

(1)

极限不关心函数在该点的取值,只关心函数在该点附近(即去心邻域)的取值。

(2)

在有关极限的定理中,我们首先关心的始终是极限是否存在,其次是极限的值。

(3)

在复合函数的极限中,若g在点b处有定义且存在极限A,但g(b)≠A,则limx→ag(f(x))=A可能不成立。

(4)

由函数保序性推出极限保序性时,需要特别注意:只能保证不严格不等号成立,即便函数是严格保序的。

(5)

limx→0sin⁡(xsin⁡1x)xsin⁡1x是否存在?这取决于极限的定义。在黄皮书中,极限要求函数在去心邻域上有定义,而x=0的任意去心领域内都包含使分母为零的点,此时该极限不存在。而在本堂课中,极限是对聚点定义的,而x=0的任意去心邻域内都包含使分母不为零的点,因此该极限存在且等于1。