數學分析 - 多元函數的極限和連續

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有關定義域
|| 一元函數的定義域是實數軸上的點集,二元函數的定義域是座標平面上的點集

|| 平面內點A的領域:一般泛指A的方鄰域和A的圓鄰域
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|| 點與點集的關係,按照位置關係可以分爲:內點,外點,界點

  • 內點:若存在點A的某鄰域U(A),使得U(A)包含於E,則稱A爲E中的內點。E中所有的內點的集合稱爲E是內部,記作int E
  • 外點:若存在點A的某鄰域U(A),使得U(A)∩E=空集,則稱A爲E中的外點。
  • 界點:若存在點A的某鄰域U(A),使得U(A)中既含有E中的點也含有E外的點,則稱A爲E中的界點。E的所有的界點的集合稱爲E的邊界。記作∂E
    E的界點可能屬於E,也可能不屬於E,不能說界點就只是點集邊界上的點

|| 點和點集的關係,按照密集關係可以分爲:聚點,孤立點

  • 聚點:若任何點A的空心鄰域U(A),都含有E中無窮多個點,則稱A爲E的聚點 —>類似內點+某些界點
  • 孤立點:若A屬於E,但不是E的聚點,即U(A) ∩E=空集,則稱點A是E的孤立點

|| 兩種類型的點之間的關係:

  • 聚點 = 所有內點+非孤立的界點
  • 孤立點 = 孤立的界點
  • 非聚點非孤立點 = 外點

|| 由定義域內的點與點集的關係,定義一些重要的平面點集:

  • 開集:若定義域內的所有點都屬於E中的內點,則稱E爲開集
  • 閉集:若定義域內的所有聚點都屬於E(在e中),則稱E爲閉集,若點集E沒有聚點,也稱之爲閉集
  • 開域:非空連通開集(連通性:E中任意兩點都可以用一點完全含於E的有限折現連接)
  • 閉域:帶邊界的非空連通開集
  • 區域:開域和閉域,和開域連同其一部分界點所成的點集,統稱爲區域

全部由><號包圍起來的點集爲開集
全部由≥≤號包圍起來的點集爲閉集
半開半閉的點集爲非開非閉集(注意不是又閉又開集)
R^2 和 空集,時唯二的又開又閉集

|| 其他關於有界點集的定義:

  • 包含關係:對於某一平面E,若存在某一個正數r,使得 E包含於U(O, r),則稱E爲有界點集。 (其中O是固定點)
  • 距離關係:點集E的直徑dE(dE = sup d(p1,p2) — 距離最遠的兩點的距離)爲有限值,則稱E爲有界點集。

點集有關定義定理

|| 定義1:點列收斂定義
設{Pn} 包含於R, 爲平面點列,P0屬於R 爲一固定點。若對任給正數ε,存在正整數N,使得當n大於N時,有Pn屬於U(P0, ε), 則稱點列{Pn}收斂於P0。
記作:
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|| 定理1:柯西準則,點列收斂的充要條件
任給正數ε,存在正整數N,使得當n>N時,對一切的正整數p(距離)在這裏插入圖片描述

|| 定理2:閉域套定理( 避孕套定理???!!)
設{Dn}是R中的閉域,它滿足:
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則存在唯一的點P0∈Dn,n=1,2,3…

|| 定理3:聚點定理
設E爲有界無限點集,則E在R上至少有一個聚點
(通過閉域套定理證明)

定理3的推論:
有界無限點列{Pn} ,必存在收斂子列{Pn}

|| 定理4:有限覆蓋定理


二元函數

|| 定義2:二元函數的定義
設平面點集D,若按照某種對應法則f,D中每一個點P(x, y)都有一個唯一確定的實數z與之對應,則稱f爲定義在D上的二元函數(或D到R的一個映射),記作: f:D --> R
p的座標值x,y爲函數的因變量

|| 二元函數可以被分爲有界函數和無界函數(同一元函數),其充要條件爲:
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二元函數的極限

|| 定義一:二元函數重極限的定義(正常極限)
設f爲D上的二元函數,P0爲D的一個聚點,A是一個確定的實數,若給定任意正數ε,總存在某正數δ,使得當P∈U(P0, δ) ∩ D時,都有|f§ - A| < ε, 則稱 f 在D上當P->P0時以A爲極限,記作
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|| 定理5:在子集上的極限連續

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  • 定理5的推論1:子集極限的不存在
    設E1包含於D,P0是E1的聚點,若 f 在E1上P ->P0的極限不存在,那麼 f 在D上P->P0的極限也不存在
  • 定理5的推論2:子集極限的存在但不等
    設E1,E2包含於D,P0是E1,E2的聚點,若在E1,E2上P ->P0的極限存在但不相等,那麼f 在D上P->P0的極限不存在
  • 定理5的推論3:關於定義域D中某個點列(子集)的充要條件
    f 在D上P->P0的極限存在的充要條件爲:對於D中任一滿足條件Pn != P0且當n->∞時等於P0的點列{Pn},它對應的數列{f(Pn)}收斂

|| 定義二:二元函數重極限的定義(非正常極限 ∞)
二元函數f 的定義域爲D,P0爲其中的一個聚點,若對任給正數M,總存在某正數δ,使得當P∈U(P0, δ) ∩ D時, 都有f ( P) >M,則稱f在D上當P->P0時,存在非正常極限+∞,記作
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|| 定義三:二元函數累次極限的定義
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|| 定理6:累次極限和重極限間的關係
若f(x,y) 中重極限和任一個累次極限(先x後y/先y後x)同時存在,則它們必相等

  • 定理6的推論1:
    若f(x,y) 中重極限和兩個累次極限三者同時存在,則它們必定相等
  • 定理6的推論2:
    若f(x,y) 中兩個累次極限存在但是不相等,則重極限不存在

(注意:累次極限不存在時對重極限並無影響)


二元函數的連續性

定義一:二元函數在某點上連續性定義
設f爲定義在點集D包含於R上的二元函數,P0∈D(D的聚點或者孤立點)。對於任給的正數ε,總存在相應的正數δ,只要P∈U(P0,δ)∩D,有:
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等價於:
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則稱 f 關於D上在P0上連續

|| 定義二:二元函數在D上連續性定義
若f在D上的任何點都關於集合D連續,則稱f爲D上的連續函數

|| 定理7:複合函數的連續性
若函數A = a(x,y),B = b(x,y)連續,則f(A, B)連續

|| 定理8:有界性和最大最小值定理
若f 在有界閉域D上連續,則f 在D上有界,且能取得最大最小值

|| 定理9:一致連續性定理
若f 在有界閉域D上連續,則f 在D上一致連續(即對於任給的正數ε,總存在相應以ε爲自變量的正數δ,只要距離d(P, Q)<δ,有:| f§ - f(Q) | < ε (相鄰則相同?))

|| 定理10:介值性定理
設f 在 D上連續,P1,P2爲D上兩點,且f(P1) < f(P2),則對於任何滿足f(P1) < u < f(P2) 的實數u,必存在點P0∈D,使得f(P0) = u。

總結:若f連續,則f 符合函數連續,具有介值性,若 f 在有界閉域上仍連續:則f具有有界性,一致連續性

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