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通俗讲解高数(高数这个概念很难理解)

通俗讲解高数(高数这个概念很难理解)记δ=min(0<i≤k) {δi/2}>0 对任何x1 x2∈[a b],只要|x2-x1|<δ 【高数的常规操作,取H'的所有开区间的最小半径,则只要闭区间上任意两点的距离小于这个最小半径,那么它们就肯定属于某一个邻域】由有限覆盖定理 有H’={U(xi δi/2)|i=1 2 … k}⊂H 覆盖[a b],【有限覆盖定理:闭区间的无限开覆盖必存在有限开覆盖。即可以在H中选出有限个开区间,构成H的有限子集H',实现对闭区间的有限开覆盖】证法一:(应用有限覆盖定理)由f在[a b]上的连续性,∀ε>0,对每一点x∈[a b],都存在δx>0,使得当x0∈U(x δx)时,有|f(x0)-f(x)|<ε/2. 【每一个点都符合连续性的定义,即每一个点都有对应的一个邻域半径δx】令H={U(x δx/2)|x∈[a b]},则H开覆盖

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一致连续性是一个比较难理解的高数概念,那是“老黄学高数”第131讲分享的内容。这篇文章要介绍的是,如何运用实数的完备性定理,证明连续函数在闭区间上的一致连续性定理。

通俗讲解高数(高数这个概念很难理解)(1)

一致连续性,简言之,就是闭区间上的连续函数也一致连续。老黄要给大家分享两种证法。

一致连续性定理:若f在[a b]上连续,则在[a b]上一致连续.

证法一:(应用有限覆盖定理)由f在[a b]上的连续性,

∀ε>0,对每一点x∈[a b],都存在δx>0,使得当x0∈U(x δx)时,有|f(x0)-f(x)|<ε/2. 【每一个点都符合连续性的定义,即每一个点都有对应的一个邻域半径δx】

令H={U(x δx/2)|x∈[a b]},则H开覆盖[a b].【把这些邻域的半径缩小一半,组成一个开区间集H,由于它们是由闭区间上的每一个点的邻域构成的,所以闭区间上的每一个点都在H中至少属于一个开区间,从而实现对闭区间的无限开覆盖。至于为什么要把邻域的半径缩小一半,只是为了证明的结果看起来更加完美,其实没有什么实际必要】

由有限覆盖定理 有H’={U(xi δi/2)|i=1 2 … k}⊂H 覆盖[a b],【有限覆盖定理:闭区间的无限开覆盖必存在有限开覆盖。即可以在H中选出有限个开区间,构成H的有限子集H',实现对闭区间的有限开覆盖】

记δ=min(0<i≤k) {δi/2}>0 对任何x1 x2∈[a b],只要|x2-x1|<δ 【高数的常规操作,取H'的所有开区间的最小半径,则只要闭区间上任意两点的距离小于这个最小半径,那么它们就肯定属于某一个邻域】

x1必属于H’的某个开区间U(xi δi/2),即|x1-xi|<δi/2 则有【不过这里并没有直接说它们属于同一邻域,而是先说x1属于某一邻域】

|x2-xi|≤|x2-x1| |x1-xi|<δ δi/2≤δi/2 δi/2=δi 【然后再利用绝对值的三角不等式,证明x2也属于同一个邻域。瞧,最后推出的距离小于δi,这就是为什么前面要取δi/2的原因,这是高数的一种强迫症,其它没有必要,你就推出的结果是一恒河沙个δi,那也改变不了它可以任意小的实质】

又|f(x1)-f(xi)|<ε/2 |f(x2)-f(xi)|<ε/2 有|f(x2)-f(x1)|≤|f(x1)-f(xi)| |f(x2)-f(xi)|<ε.【然后在函数方面还要再用一次绝对值的三角不等式,证明两个函数值的距离小于任意正数ε,符合一致连续性的定义】

∴f在[a b]上一致连续.

通俗讲解高数(高数这个概念很难理解)(2)

证法二:(应用致密性定理)若f在[a b]上不一致连续,则【应用致密性定理和反证法】

存在某ε0>0,对任何δ>0,都存在相应的两点x’ x”∈[a b],尽管|x”-x’|<δ 但有|f(x”)-f(x’)|≥ε0.【这是函数不一致连续的定义,没见过吧!有想过吗?】

令δ=1/n (n为正整数)

与它相应的两点记为x’n x”n∈[a b],

尽管|x’n -x”n |<1/n 【符合一致连续的条件】

但有|f(x’n)-f(x”n)|≥ε0.【但没有一致连续的结论】

当n=1 2 …时 得{x’n}与{x”n}⊂[a b].【两个数列中互相对应的两个项都符合一致连续的条件,但没有一致连续的结论】

由致密性定理,存在{x’n}的收敛子列{x′_(nk)} 【有界无限点列必含有收敛点列】

设x′_(nk)→x0∈[a b](k→∞),【随便给这个收敛点列一个极限,记为x0,不要去纠结它是多少,告诉你,这个世界上有一个1.6米的人,你会去纠结他是谁吗?】

由|x'_(nk)-x"_(nk)|<1/nk 【对应的两个项,有对应的δ=1/nk,使它们满足一致连续性的条件】

有|x"_(nk)-x0|≤|x"_(nk)-x'_(nk)| |x'_(nk)-x0|→0(k→∞),得x"_(nk)→x0(k→∞).【利用绝对值的三角不等式,可以推出x"_(nk)与x0的距离无限趋近于0,即点列{x"_(nk)}也以x0为极限】

0=|f(x0)-f(x0)|=lim(k→∞)|f(x'_(nk))-f(x"_(nk))|≥ε0,矛盾!【从而对应的两项对应的函数值差的极限,等于0,同时又等于一个不小于正数ε0的数,这是不可能的,因此造成矛盾】

∴f在[a b]上一致连续.

通俗讲解高数(高数这个概念很难理解)(3)

期待有更多的小伙伴能够看懂这两个证明。

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