连续函数的两个基本定理
(2014-06-29 19:04:28)
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分类: 数学世界 |
1. 布尔查诺定理(零点定理)
如果一元连续函数在连续的闭区间a≤x≤b上,对x的某个值它是正的,而对另一个值它是负的,那么必定有x的某个中间值使函数值为零。
这样,若当x由a变到b时f(x)是连续的,且f(a)<0,f(b)>0,那么在a和b之间存在x的一个值α,a<α<b,使f(α)=0。布尔查诺定理完全符合连续函数的直观观念,即如果一条连续曲线要由x轴下面的一个点,到x轴上面的一个点,那么这条连续曲线必然在某一处穿过x轴。
2. 维尔斯特拉斯极值定理(最值定理)
如果函数在一个区间I,a≤x≤b上连续(包括区间的端点a和b),那么在区间I内必然至少存在一点,在这点f(x)取得最大值M,而且有另一个点,使f(x)取得最小值m。也就是连续函数a=f(x)的图像必然至少有一个最高点和一个最低点。
如果函数f(x)在I的端点不连续,那么这个命题不一定正确。例如,函数f(x)=1/x在整个区间0<x≤1内部是连续的,但在此区间上f(x)却没有最大值。
一个不连续函数也不一定有最大值或最小值。例如,在区间0≤x≤1上,定义
f(x)=x
f(x)=0.5
考虑这个很不连续的函数f(x)。这个函数取值总在0和1之间。事实上,如果选择x为充分接近0和1的无理数,那么函数值可以任意接近于0或1。但是,f(x)不能等于0或1,因为对于有理数x,有f(x)=0.5,而对于无理数,有f(x)=x,所以0和1都不能达到。