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考研如何证明函数连续

发布时间:2025-04-29 21:04:22

证明函数连续是考研数学分析中的重要内容,主要分为以下三个步骤:

一、函数在某点连续的定义与条件

函数$f(x)$在点$x = a$处连续,当且仅当以下三个条件同时满足:

函数在点$a$处有定义

即$f(a)$存在且有限。

左极限与右极限存在且相等

$lim{x to a^-} f(x) = lim{x to a^+} f(x)$。

极限值等于函数值

$lim_{x to a} f(x) = f(a)$。

二、具体证明方法

利用初等函数的性质

若$f(x)$是初等函数,则其定义区间内连续。

导数法(可导必连续)

若$f(x)$在点$a$可导,则$f'(a)$存在,函数在该点连续。

极限定义法

通过$epsilon-delta$定义证明:

$$forall epsilon > 0, exists delta > 0 text{ 使得 } |x - a| < delta Rightarrow |f(x) - f(a)| < epsilon$$。

分段函数处理

分段函数需分别验证各段连续性;

在分段点处需单独验证左右极限是否等于该点函数值。

三、典型例题解析

例1:证明$f(x) = x^2$在$[0, +infty)$连续

初等函数性质 :$x^2$是基本初等函数,其定义域内连续。

例2:证明分段函数连续性

$$f(x) = begin{cases}

x + 1, & x geq 0

x - 1, & x < 0

end{cases}$$

分段点验证 :

$x = 0$处,$lim{x to 0^-} f(x) = -1 = f(0)$,$lim{x to 0^+} f(x) = 1 = f(0)$,满足条件。

例3:利用导数证明连续性

证明$f(x) = sin x$在$x = frac{pi}{2}$连续:

导数存在性 :$f'(frac{pi}{2}) = cosfrac{pi}{2} = 0$,由可导必连续定理得证。

四、注意事项

闭区间上连续函数的性质 :若函数在闭区间$[a, b]$上连续,则必存在最大值和最小值(最值定理)。

一致连续性 :若函数在闭区间上连续,则一致连续(需进一步学习)。

通过以上方法,结合具体函数类型选择证明策略,可系统解决连续性证明问题。

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