極限與連續(二)

VellyKiey發表於2024-11-20

函式的連續性

定義:\(\lim_{x\to x_0} f(x)=f(x_0)\iff f(x)\text{在}x_0\)處連續。

例題\(f(x)=\left\{\begin{array}{ll}a+bx^2,& \text{if } x \leq 0 \\ \frac{\sin bx}{x},& \text{if } x>0\end{array}\right.\),在\(x=0\)處連續,則a,b的關係為什麼?
解:
\(f(x)\)在分段點\(x=0\)處連續,\(\lim_{x\to 0^+} f(x)=\lim_{x\to 0^-} f(x)=f(0)\)

\(x=0\)時,\(f(0)=a\)\(\lim_{x\to 0^+} f(x)=a\)

所以\(\lim_{x\to 0^+} \frac{\sin bx}{x}=a\),而\(\sin bx\sim bx\),所以結果\(b=a\)

函式的間斷點

定義:
間斷點:不連續的點即間斷點(一般都是沒有定義的點和分段點)。

第一類間斷點

特點:左右極限均存在
可去間斷點:\(\lim_{x\to x_0^-} f(x)=\lim_{x\to x_0^+} f(x) \not=f(x_0)\)
跳躍間斷點:\(\lim_{x\to x_0^-} f(x)\not=\lim_{x\to x_0^+} f(x)\)

無窮間斷點

特點:\(\lim_{x\to x_0^-}=\infty\)\(\lim_{x\to x_0^+}=\infty\)。只要有一側趨於無窮,就是無窮間斷點。

振盪間斷點

特點:間斷點兩側被函式無限振盪趨近。
例如:\(\sin \frac{1}{x},\cos \frac{1}{x}\)

例題 函式\(f(x)=\frac{x-x^3}{\sin \pi x}\)的可去間斷點有幾個?

解:
先判斷有多少個無定義點,分母為0無定義,可解得:\(x=0,x=\pm 1,x=\pm 2...\)

從無定義點中找到可去間斷點:
\(x\to 0\)\(\lim_{x\to 0} f(x)=\lim_{x\to 0} \frac{x(1-x^2)}{\sin \pi x}=\lim_{x\to 0} \frac{1-x^2}{\pi}=\frac{1}{\pi}\),極限存在,所以是可去間斷點。

\(x\to 1\)\(\lim_{x\to 1} f(x)=\lim_{x\to 1} \frac{1-x^2}{\sin \pi x}=\lim_{x\to 1} \frac{-2x}{\pi\cos\pi x}=\frac{2}{\pi}\),極限存在,所以是可去間斷點。

類似的,-1也是可去間斷點。

但+2,-2,+3,-3經計算可得知為無窮間斷點:
\(x\to 2\)\(\lim_{x\to 2} f(x)=\lim_{x\to 2}\frac{x(1-x^2)}{\sin \pi x}=\infty\rightarrow x=2\)為無窮間斷點。

因此該函式的可去間斷點有三個。

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