闭区间上连续函数的性质

原创 云深之无迹 2024-11-19 13:23

其实这段内容是高等数学第一章的最后一节,但是为了和上文对比学习就放下面了。

性质的使用的前提是要知道我们在研究什么东西。 这些性质是针对闭区间而言的,在开区间或无界区间上,这些性质不一定成立。连续性是这些性质成立的前提条件。

通俗的例子就和单条交织在一起了。想象一下一条平滑的山路。这条山路可以代表一个连续函数,山路的起点和终点就是闭区间的两个端点。

1. 有界性与最大值最小值定理

有界性: 如果函数f(x)在闭区间[a, b]上连续,那么它在[a, b]上有界,即存在常数M和m,使得对于任意x∈[a, b],都有m ≤ f(x) ≤ M。

这条山路的高度是有限的,也就是说,无论你在路上走到哪里,你的高度都不会超过最高点,也不会低于最低点。

最大值最小值定理: 如果函数f(x)在闭区间[a, b]上连续,那么它在[a, b]上一定能取到最大值和最小值,即存在ξ, η ∈ [a, b],使得对于一切x ∈ [a, b],有f(ξ) ≤ f(x) ≤ f(η)。

在这条山路上,一定存在一个最高点和一个最低点。你不可能一直往上爬或者一直往下走,总会到达一个顶点或谷底。

2. 介值定理,有一种压缩的感觉,就是把整个范围做了投影

如果函数f(x)在闭区间[a, b]上连续,且f(a)≠f(b),那么对于f(a)和f(b)之间的任意一个数C,在开区间(a, b)内至少存在一点ξ,使得f(ξ)=C。

连续函数的图像是一条不间断的曲线,如果函数在区间两端取不同的值,那么它在区间内一定能取到这两个值之间的所有值。

如果你想从山脚走到山顶,那么你必须经过所有中间的高度。也就是说,无论你想要到达哪个高度,总能在山路上找到一个对应的位置。

3. 零点定理

定理: 如果函数f(x)在闭区间[a, b]上连续,且f(a)·f(b) < 0,那么在开区间(a, b)内至少存在一点ξ,使得f(ξ)=0。

如果函数在区间两端取值异号,那么它的图像一定与x轴相交,即存在零点。

如果山路从山脚开始,先上升,然后下降,最后到达山底,那么一定存在一个位置,你的高度正好是海平面(即函数值为0)。

4. 一致连续性,这里可能有些错误,这个条件要求的很强,不过也写上了。

如果函数f(x)在闭区间[a, b]上连续,那么它在[a, b]上一致连续。

一致连续性意味着函数在整个区间上的连续程度是“均匀”的。也就是说,对于任意给定的正数ε,存在一个正数δ,使得当|x-y|<δ时,有|f(x)-f(y)|<ε,且这个δ与x、y的取值无关。

这意味着,无论你在山路的哪个位置,只要你移动的距离足够小,那么你的高度变化也一定很小。

这个一直连续,以前写过,但是不记得在哪里了。。。

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