函数公式网 函数的定义 运用分解原理,证明连续函数在闭区间上的一个性质

运用分解原理,证明连续函数在闭区间上的一个性质

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连续函数在闭区间上有一些众所周知的性质,如中值定理、零点存在定理、最大值定理和一致连续性定理等。但是 ,闭区间上连续函数的性质远不止这些。 只是因为有些性质太不方便描述,所以没有口口相传的定理。

比如老黄接下来要分享的性质,就很难用一般的语言来形容。 其中提到闭区间上任意点序列(参数点序列)对应的函数点序列收敛于A,那么这个闭区间上必然有一个点,使得这个点的函数值等于A。虽然 勉强可以表达,很难形成结论性很强的定理。

下面老黄就为大家证明这个性质,需要应用到函数极限的解析原理中。

证明:令 f 在 [a,b] 上连续,若 {xn}⊂[a,b],且 lim(n→∞)f(xn)=A,则必有一点 x0∈[a,b],使得f(x0)=A。

证明:∵{xn}⊂[a,b]是有界的,∴{xn}有 一个收敛的子序列{x_(nk)},【这是紧性定理,有界序列一定有一个收敛的子序列】

假设 lim(k→∞) x_(nk)=x0。 【存在一个收敛到x0的收敛子序列,也就是分解原理定理中的x0,也是我们要找的点】

∵{x_(nk)}⊂[ a,b],∴x0∈[a,b]。 [闭区间内的收敛点序列必须收敛于闭区间内的一点。 这实际上需要证明。 任意取区间外的一个点,分为区间左侧和右侧两种情况。 如果在左边,这个点到左端点的距离在半径的邻域之外,最多是点列的一个点,所以不能是点列的累加点,也不能 是点行的极限]

又是lim(n→∞)f(xn)=A。 ∴lim(k→∞)f(x_(nk))=A。 [函数序列收敛于A,则其任意子序列收敛于A]

∵f在x0处连续,∴lim(x→x0 )f(x)=f(x0) ,【函数在一点连续的充要条件】

由分解原理:A=lim(k→∞)f(x_(nk))=lim(x→x0 )f(x)=f(x0)。 所有列均以A为极限,满足分解原理的充要条件。 因此函数在x0处收敛于A,等价代入证明f(x0)=A]

解析原理是很多初学者的原理,数的朋友很难理解的一个定理 ,指的是函数的定义域,函数在x0处存在极限的充要条件是任意点序列(任意变点序列)收敛到一个点x0,对应的函数序列 也收敛于同一点。

如果一个性质不能用高度泛化的语言形成定理,就很难掌握。 如果把这个性质概括为:闭区间上的连续函数的函数序列收敛于一个点的函数值。 话虽如此,你怎么看?

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