高等数学第八节函数的连续性.ppt

第八节 函数的连续性一、一、连续函数的概念二、 函数的间断点三、三、连续函数的四则运算四、反函数的连续性五、复合函数的连续性六.初等函数的连续性一、连续函数的概念极限形式增量形式1、连续性概念的增量形式在某过程中, 变量 u 的终值 u2 与它的初值 u1 的差 u2  u1, 称为变量 u 在 u1处的增量, 记为 u = u2－u1.定义定义定义定义u 是一个整体记号, 它可以取正值、负值或零. 有时我们也称 u 为变量 u 在 u1 处的差分. 设函数 f (x) 在 U(x0)内有定义, xU(x0) , 则称x = x  x0 为自变量 x 在 x0 点处的增量. = f (x0 +  x)  f (x0 )y = f (x)  f (x0 )xyOx0xxyy = f (x)此时, x = x0 + x , 相应地, 函数在点 x0 点处有增量  y 连续性概念的增量形式则称 f (x) 在点 x0 处连续.设 f (x) 在 U(x0) 内有定义. 若定义定义定义定义自变量的增量趋于零时, 函数的增量也趋于零.设 f (x) 在 U(x0) 内有定义, 若则称函数 f (x) 在点 x0 处是连续的.2、函数连续性的定义 (极限形式) 函数的连续性是一个局部性的概念, 是逐点定义的.定义定义定义定义是整个邻域函数 f (x ) 在点 x0 处连续, 应该满足以下三点：(1) f (x) 在 U(x0) 内有定义；(包括在点 x0 处有定义)(极限值等于函数在点 x0 处的函数值)函数 y = x2 在点 x = 0 处是否连续 ?  函数 y = x2 在点 x = 0 处连续.又且 y = x 2 在 U(0) 内有定义,例1解3.函数的左、右连续性设函数 f (x) 在 [x0, x0+ ) 内有定义. 若则称 f (x) 在 x0 点处右连续.设函数 f (x) 在 (x0–  , x0 ] 内有定义. 若则称 f (x) 在 x0 点处左连续.其中,    为任意常数.定义定义定义定义 函数在点 x0 连续, 等价于它在点 x0 既 左连续又右连续.定理定理定理定理讨论 y = | x |, x() 在点 x = 0 处 y = | x | 在点 x = 0 处连续.xyy = | x |O的连续性.例2解讨论函数 f (x) =x2, x 1,在 x = 1 处的连续性. 函数 f (x) 在点 x = 1 处不连续.故函数 f (x) 在点 x = 1 处是左连续的.x + 1, x >1, 但由于例3解4.函数在区间上的连续性设函数 f (x) 在开区间 (a, b) 内有定义.若  x0(a, b), f (x) 在点 x0 处连续,则称 f (x) 在开区间 (a, b) 内连续, 记为f (x)C( (a, b) ).定义定义定义定义若 f (x)C( (a, b) ), 且 f (x) 在 x = a 处右连续, 在端点 x = b 处左连续, 则称函数f (x) 在闭区间 [a, b] 上连续, 记为f (x)C( [a, b] ).对半开闭区间和无穷区间可类似定义连续性定义定义定义定义一般地, 如果函数 f (x) 在区间 I上连续, 则记为 f (x) C( I ) .连续函数的图形是一条连续而不间断的曲线连续函数的图形是一条连续而不间断的曲线. .现在有了连续性的概念,可把此结论表述为:基本初等函数在其定义域内每点处均连续.即,基本初等函数在其定义域内是连续的.二、 函数的间断点 通常将函数的不连续点叫做函数的间断点.函数 f (x ) 在点 x0 处连续, 应该满足以下三点：(1) f (x) 在 U(x0) 内有定义；(包括在点 x0 处有定义)(极限值等于函数在点 x0 处的函数值)(1) f (x) 在 x0 处无定义.若函数 在 点满足下述三个条件中的任何一个, 则称函数 在点 处间断, 点 称为函数 f (x) 的一个间断点：定义定义定义定义求函数间断点的途径:(1) f (x)在 x0 处无定义, 但 f (x) 在内有定义.(2)中至少有一个不存在.(3)存在, 但不相等.(4)但 a  f (x0 ).2.函数间断点的分类 函数的间断点第一类间断点第二类间断点跳跃可去无穷振荡其它(1) 第一类间断点若 x0 为函数 f (x) 的一个间断点, 且f (x) 的第一类间断点.则称 x0 为函数定义定义定义定义讨论函数 f (x)=x +1 x > 0sinx x < 0在 x = 0 处的连续性.yxO1y = sinxy＝x+1 由图可知, 函数在 点 x0 处间断.例4故 x = 0 是 f (x) 的第一类间断点. 将左、右极限存在但不相等的间断点, 称为函数的跳跃型间断点.解讨论函数在 x =1 无定义,故 x =1 为函数的第一类间断点. x =1 为函数的间断点.yxO11P(1,2)y＝ x + 1 进一步分析该间断点的特点.例5解补充定义则函数 f *(x) 在 x =1 连续.f * (x) =2 x = 1 即定义分析这种间断点称为可去间断点.处函数值后, 可得到一个新的连续函数 , 故将在且相等, 即极限存在, 经过补充定义间断点这个间断点的特点是该处的左、右极限存 补充定义f * (x) =, x = x0 跳跃型间断点 可去间断点 第一类间断点 左右极限存在 极限不相等 极限相等、补充定义(2) 第二类间断点 凡不属于第一类的间断点, 称为函数的第二类间断点.这算定义吗？定义定义定义定义即左右极限至少有一个不存在的点即左右极限至少有一个不存在的点.讨论函数xyO在 x = 0 无定义,x = 0为函数的间断点,故 x = 0为函数的第二类间断点.所以称它为无穷间断点.由于例6解在 x = 0 处无定义,又不存在,故 x = 0 为函数的第二类间断点. 看看该函数的图形.例7解O11xy 无穷型间断点 其它间断点 第二类间断点左右极限至少有一个不存在左右极限至少有一个为无穷 振荡型间断点 左右极限至少有一个振荡回忆函数极限的四则运算回忆函数极限的四则运算则三、初等函数的连续性1、连续函数的四则运算 设函数 f (x)、 g(x), fi (x) 在点 x0 处连续, 则即(1) 有限个在点 x0 处连续函数的和仍是一个 在点 x0 处连续的函数. 即(2) 有限个在点 x0 处连续的函数之积仍是一个在点 x0 处的连续函数. 即(3) 两个在点 x0 处连续函数的商, 当分母不为 零时, 仍是一个在点 x0 处连续函数. 即2、反函数的连续性 y = f －1(x) 的图形只是 y = f (x) 的图形绕直线 y = x 翻转 180º 而成, 故单调性、连续性仍保持.从几何上看:x = f －1(y) 与 y = f (x)的图形相同,连续性保持. 从而, 单调性、设函数 y = f (x) 在区间 I 上严格单调增加(减少) 且连续, 则其反函数在相应的区间 I* = { y | y = f (x) , xI } 上严格单调增加 (减少) 且连续.定理定理定理定理 3 3(反函数连续性定理)xy11Oxy11O例8设函数 u =  (x) 在点 x0 处连续, 且u0 =  (x0) ,函数 y = f (u) 在 u0 处连续.若复合函数y = f ( (x))在 U(x0) 内则 y = f ( (x)) 在 x0 点处连续.有定义, 这个条件有必要吗？定理定理定理定理 (复合函数连续性定理)3、复合函数的连续性如果 y = f (u) 在 u0 处连续,则         , 当 | u  u0| <  时, 有 | f (u)  f (u0) | <  再假设 u =  (x) , 且在 x0 处连续, 即亦即证明证明:| u u0 | = |  (x)   (x0) | <  故 对上面的    ,     , 当 | x  x0| <  时, 有则          , 当 | x  x0| <  时, | u u0 | = |  (x)   (x0) | <  且有（假设可以构成复合函数）| f (u)  f (u0) |＝| f ( (x)) f ( (x0) ) | < u = cos x 1 是在定义域内的定义域是一个孤立点集D = { x | x = 2k , kZ }从而, 函数在其定义域内的但由它们构成的复合函数连续的函数,每一点均不连续.例9在上述定理 的条件下, 在上述定理 的条件下, 极限符号可与连续函数 符号交换顺序. 推论推论1设函数 u =  (x) 的极限存在：函数 y = f (u) 在点 u = a 处连续.复合函数 f ( (x)) 当 x  x0 时的极限存在, 且若复合函数 f ( (x)) 在内有定义, 则推论推论推论推论 2 2求y = ln u 在其定义域内连续,故（ y = ln u 在 u = 1 处连续）例11解4.初等函数的连续性 基本初等函数在其定义域内是连续的. 初等函数在其有定义的区间内连续. 注意两者的区别！利用初等函数和反函数连续性求极限求 连续性给极限运算带来很大方便.例12解例14例13故f(x)在 内连续.例例1515 讨论函数的连续性.解解 f(x)在(－∞,2)内f(x)=1－e1/(x －2) 为初等函数,在[2,+∞)内f(x)=sin(π/x) 也为初等函数,在分段点x=2处,有因此,f(x)在x=2处既左连续又右连续,从而f(x)在x=2处连续.综上所述,f(x)在其定义域(－∞,+∞)内连续.。