函数f(x)一致连续的条件及应用(2)

2019-01-07 19:08

设f(x)在[a,??)上连续,g(x)在[a,??)上一致连续,即x???时,且

x???lim[f(x)?g(x)]?A,则 f(x)在[a,??)上一致连续.

例5 f(x)?xln(e?)在[1,??)上一致连续.

1x1xln(e?)x?1,b?lim[xln(e?1)?x]?1,故f(x)?xln(e?1)在该分析:由于k?limx??x??xxxe区间有渐近线y?x?1,所以 f(x)在[1,??)上一致连续. e方法7:利用导数

若f(x)在区间I上存在有界导函数,即?M?0,?x?I,有f?(x)?M,则f(x)在I上一致连续.

下面还有一个应用得更加广泛的结论:

若f(x)在[a,??)上连续,在(a,??)内处处可导,且limf?(x)?A存在,则f(x)在

x???[6]

[a,??)上一致连续.

例6 f(x)?'x2?2在(??,??)上一致连续.

xx2?2,f'(x)?1,故f(x)?x2?2在(??,??)上一致连续.

分析:由于f(x)?方法8:利用积分

设函数f(x)在区间[a,??)上局部可积,且f(x)在区间 [a,??)上有界,则

F(x)??xaf(s)ds在[a,??)上一致连续.

方法9:引进拟可导函数来说明一致连续性

定义1(凸函数) 设函数f(x)在区间I上有定义,若?x,y? I,0???1,有

[4]

f[?x?(1??)y]??f(x)?(1??)f(y)(或f[?x?(1??)y]??f(x)?(1??)f(y)),

则称f(x)为定义在区间I上的下凸(或上凸)函数,上,下凸函数统称为凸函数.

注:下面的定义,引理,定理和推论均见[4].

定义2(拟可导函数) 若函数f(x)在U0(x0)有定义,且极限

6

hhf(x0?)?f(x0?)22存在, limh?0hhhf(x0?)?f(x0?)22. 则称函数f(x)在x0拟可导,记为Df(x0)?limh?0h引理1 凸函数在任意开区间(有限或无穷)I上连续. 引理2 若f(x)在区间I上连续,且对?x1,x2?I,有

f(x1)?f(x2)x?x?f(12),

22则函数f(x)为下凸函数.

定理 若f(x)在开区间I(有限或无穷)上单调,且Df(x)在I内处处存在,有界,则f(x)在I上一致连续.

推论1 若f(x)是开区间I(有限或无穷)上的凸函数,且拟导数存在,有界,则f(x)在

I上一致连续.

推论2 若f(x)在开区间I(有限或无穷)上满足条件: ①?x1,x2?I,有

f(x1)?f(x2)x?x?f(12);

22②?x?I,f?(x)和f?(x)都存在; ③在I上处处拟可导,且拟导数有界, 则f(x)在I上一致连续. 3.2几个重要应用

应用之一:周期函数的一致连续性

[2][6]

设f(x)是(??,??)上以T为周期的函数,则f(x)在(??,??)上连续?f(x)在

(??,??)上一致连续.

应用之二:基本初等函数的一致连续性

?(1)(幂函数)f(x)?x在[0,??)上,当0???1时一致连续,当??1时不一致连续.

(2)(指数函数)f(x)?e在R上非一致连续.

x 7

(3)(对数函数)f(x)?lnx在(0,1]上非一致连续,在[1,??)上一致连续.

(4)(三角函数)y?sinx和y?cosx均在R上一致连续,y?tanx和y?cotx均在其定义域上非一致连续.

(5)(反三角函数)y?arcsinx和y?arccosx均在[?1,1]上一致连续,y?arctanx和

y?arccotx均在(??,??)上一致连续.

p(x)?0xn??1xn?1?...??n(6)(有理函数)R(x)?,其中n,m为非负整数,?mm?1q(x)?0x??1x?...??m?0,?1,...?n,?0,?1,...,?m均为常数,且?0?0,?0?0.当n?m?1时,R(x)在[a,??)上一

致连续;当n?m?1时,R(x)在[a,??)上非一致连续.(其中a?max{x;q(x)?0}). 4. 二元函数的一致连续性

前面我们已经对一元函数的一致连续性已作了详细的叙述,下面我们将一元函数的一致连续性的一些结论推广到二元函数中去.

定理1 若函数f(P)在有界闭区域D上连续,则f(P)在D上一致连续. 定理2 函数f(P)在有界开区域D上一致连续?f(P)在D上连续,且

?P0??D,limf(P)存在.(记?D为D的边界)

P?P0P?D2定理3 函数f(x,y)在R上连续,且limf(x,y)存在,其中r?r???x2?y2,则f(x,y)在

R2上一致连续.

定理4 函数f(x,y)在区域D上满足:?(xi,yi)?D(i?1,2),都有

, f(x1,y1)?f(x2,y2)?k1x1?y1?k2x2?y2(k1,k2为正常数)

则f(x,y)在D上一致连续.

定理5 函数f(x,y)在凸区域D内存在有界偏导数,则f(x,y)在D上一致连续. 定理6 函数f(P)在区域D上一致连续?对?{Pn},{Qn}?D,

n???lim?(Pn,Qn)?0,恒有limf(Pn)?f(Qn)?0.

n??? 8

定理7 函数f(x,y)在有界区域E上一致连续?函数f(x,y)将E中的柯西列变成R中的柯西列.

总之,一元函数的一致连续性大多可以推广到二元函数上去,但形式上要注意区别,例如定理5中的条件要求为凸区域. 5. 结束语

文章比较全面的总结了各种判断函数的一致连续性的条件,并结合实例对这些方法加以运用,而且对基本初等函数的一致连续性作了较为完整的讨论,并将一元函数的一致连续性推广到二元函数上去,这些都具有一定的意义.然而必须指出:关于函数一致连续性的判断,是由函数所满足的条件及所定义的范围决定的,本文还不能解决所有的判断函数一致连续的问题,还可以进行更加深入的讨论和研究.

参考文献:

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[6]钱吉林.数学分析题解精粹[M].武汉:崇文书局,2003:122~124. [7]菲赫金哥尔茨.微积分教程[M].北京:人民教育出版社,1959

[8]Walter Rudin. Principles of Mathematical Analysis(Third Edition). China Machine Press, 2004:90~93.

1 9


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