一、預備說明
設題目中的函數均在所討論的點處有定義,討論商函數 在點 處的連續性時,僅有 , 并不能保證商函數在 附近有定義。因為當 在 處不連續時,即使 , 仍然可能在任意靠近 的位置取零。 因此,以下關于商函數的討論均額外假設:存在 ,使得 ,
基本結論
(1)若 均在點 處連續, 則 ; ; 在點 處也連續.
(2)若 在點 處連續, 在 處連續, 則 在點 處也連續.
問題(1): 連續、 不連續
設 在 處連續, 在 處不連續。
1.
結論: 與 在 處 一 定 不 連 續
如果 在 處連續,那么 應當是兩個連續函數之差,從而 在 處連續,這與題設矛盾。
同理,如果 連續,那么 也應當連續,仍然產生矛盾。
因此, 與 都一定不連續。
2.
需要根據 是否等于零進行討論。
情形一:
結論: 在 處 一 定 不 連 續
如果 連續,由于 連續且 ,所以 在 附近不為零。于是 右側是連續函數之商,因此 應當連續,與題設矛盾。
情形二:
結論: 的 連 續 性 不 能 確 定
它可能連續,也可能不連續。
可以連續的例子:令 ,取 ,
則 在 處連續, 在 處不連續,而 所以乘積在 處連續。
可以不連續的例子:取 , 則 所以乘積在 處不連續。
3.
假設 ,并且商函數在 附近有定義。
情形一:
結論: 在 處 一 定 不 連 續
反設 在 處連續。因為 所以 在 附近不為零。于是 由于 都連續且 ,所以 應當連續,與題設矛盾。
情形二:
結論: 的 連 續 性 不 能 確 定
可以連續的例子:取 , 則 不連續且處處不為零,但 所以商函數連續。
可以不連續的例子:取 , 則 連續、 不連續,并且 。此時 所以商函數在 處不連續。
問題(2): 與 都不連續
設 在 處都不連續。
結論:僅根據這兩個條件,無法確定 、 或 的連續性。不連續性可能相互抵消,也可能不抵消。
以下均取 。
1.
定義 在 處不連續。
和函數可以連續:取 , 則 所以和函數連續。
和函數可以不連續:取 , 則 所以和函數不連續。
因此: 的 連 續 性 不 能 確 定
2.
差函數可以連續:取 , 則
差函數可以不連續:取 , 則 所以差函數不連續。
因此: 的 連 續 性 不 能 確 定
3.
定義
乘積可以連續:取 , 則 所以乘積連續。
乘積可以不連續:取 , 則 所以乘積不連續。
因此: 的 連 續 性 不 能 確 定
4.
假設 ,且 在 的某個鄰域內不取零。 定義
商函數可以連續:取 , 則 都不連續,但 所以商函數連續。
商函數可以不連續:取 , 則 都不連續, ,且 處處不為零。但是
所以商函數不連續。
因此: 的 連 續 性 不 能 確 定
問題(3):內函數連續,外函數不連續
已知 在 處連續,而 在 處不連續。
結論: 在 處 的 連 續 性 不 能 確 定
外函數 雖然在 處不連續,但 的局部值域可能沒有充分經過 的不連續部分,甚至 可能是常函數。
取 ,定義 則 在 處不連續。
復合函數可以不連續
令 , 則 在 處連續,并且 在 處不連續。
復合函數可以連續
令 , 則 在 處連續,并且 所以復合函數連續。
問題(4):內函數不連續,外函數連續
已知 在 處不連續,而 在 處連續。
結論: 在 處 的 連 續 性 不 能 確 定
外函數可能保留內函數的不連續性,也可能把內函數的不同跳躍值映射成同一個值,從而消除不連續性。
取 ,定義 則 ,并且 在 處不連續。
復合函數可以不連續
取 , 在 處連續,但是 在 處不連續。
復合函數可以連續
取 , 則 所以復合函數連續。
問題(5):內函數與外函數都不連續
已知 在 處不連續, 在 處也不連續。
結論: 在 處 的 連 續 性 不 能 確 定
取 ,定義 則 ,且 在 處不連續。
復合函數可以連續
定義 或 在 處不連續。但是由于 只取 和 ,所以 因此復合函數連續。
復合函數可以不連續
定義 則 在 處不連續,并且 所以復合函數在 處不連續。
結論匯總 1. 四則運算![]()
注:對于商函數,還必須保證 在 的某個鄰域內不為零。
2. 復合函數
![]()
核心結論
復合函數連續性定理說明: 在 處 連 續 在 處 連 續 能夠推出 在 處 連 續
但這是充分條件,并不是一般意義下的必要條件。
當其中一個函數不連續,或者兩個函數都不連續時,不能簡單斷定復合函數一定不連續。此時需要分析:
當 時, 實際取到或趨近哪些值;
在這些值上的表現;
是否把 的不同跳躍值映射為同一個值;
復合后不連續性是否被抵消。
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