連續性是函數的重要性態之一,它是與函數的極限密切相關的另一個基本概念.在實際問題中普遍存在連續性問題,例如,隨著時間的連續變化,氣溫會連續地變化.從圖形上看,函數的圖像是連綿不斷的.
一、 函數的連續性
1. 函數的增量
變量u由初值u1變到終值u2,終值u2與初值u1的差u2-u1稱為u的增量,記為Δu,即Δu=u2-u1.說明Δu可正,可負,也可為零,這些取決於u1與u2的大小.x-x0稱為自變量x在x0點的增量,記為Δx,即Δx=x-x0或x=x0+Δx,並且,x→x0 Δx→0;相應的函數值差f(x)-f(x0)稱為函數f(x)在x0點的增量,記為Δy,即Δy=f(x)-f(x0)=y-y0,亦即f(x)=f(x0)+Δy或y=y0+Δy,並有f(x)→f(x0) f(x0+Δx)-f(x0)→0 Δy→0.
2. 函數連續性的定義
定義141設函數y=f(x)在x0附近有定義,若limx→x0f(x)=f(x0),則稱函數y=f(x)在點x0處連續.
例如,(1) 因為limx→2f(x)=limx→2(2x-1)=3=f(2) ,所以函數f(x)=2x-1在點x=2連續.
(2) 由於limx→0f(x)=limx→0xsin1x=0=f(0),所以函數f(x)=xsin1xx≠00x=0在點x=0處連續.
根據函數增量的概念:limx→x0f(x)=f(x0)可用limΔx→0Δy=0表示.由此,可得函數連續的另一種定義.
定義142設y=f(x)在x0附近有定義,若當Δx→0時,有Δy→0,即limΔx→0Δy=0,則稱f(x)在x0點連續.注
意函數y=f(x)在點x0處連續,必須同時滿足以下三個條件(通常稱為三要素):
(1) 函數f(x)在點x0處有定義;
(2) 極限limx→x0f(x)存在;
(3) limx→x0f(x)=f(x0).定義143設函數f(x)在點x0點左附近(或右附近)有定義,若f(x0-0)=limx→x-0f(x)=f(x0)或f(x0+0)=limx→x+0f(x)=f(x0),則稱函數y=f(x)在點x0處左(或右)連續.
定理141函數f(x)在點x0處連續的充要條件是函數f(x)在點x0處左連續且右連續,即limx→x0f(x)=f(x0) f(x0-0)=f(x0+0)=f(x0).例141討論函數f(x)=x+2x≥0x-2x<0在x=0的連續性.
解因為f(0-0)=limx→0-f(x)=limx→0-(x-2)=-2,
f(0+0)=limx→0+f(x)=limx→0+(x+2)=2,
所以f(0-0)≠f(0+0),故該函數在x=0點不連續.
又因為f(0)=2,所以f(0+0)=f(0),故該函數在點x=0處右連續.
例142證明f(x)=x在x=0點連續.
證明因為limx→0-f(x)=limx→0-x=limx→0-(-x)=0,limx→0+f(x)=limx→0+x=limx→0+x=0,又f(0)=0,所以limx→0f(x)=limx→0x=0=f(0).
因此f(x)=x在x=0點連續.