命題與證明 — 極限與連續

吳建興
7 min readJun 18, 2020

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最近因為工作的關係,可能會使用到微積分,所以打算從頭開始學起這個大部分的人已經非常熟悉,但我本身卻沒怎麼學過的科目。

這裡主要是想搜集平時會用到的數學工具,也就是課本上遇到的命題,以及相對應的證明。把課本上,或查資料時查到的東西慢慢整理在這裡。希望盡量能靠我破爛的英文能力翻譯成中文,但假如真的翻不太起來,我就會自暴自棄的直接用英文。

希望有人發現錯誤的話,可以在留言提醒一下 ⁽⁽٩(๑˃̶͈̀ ᗨ ˂̶͈́)۶⁾⁾

定義、定理、性質:

(1) 定義:

假設 f(x)在 x 附近有被定義。『意思是 f 在某個包含 a 的開區間有定義,而 a 本身不一定有定義』。如果我們可以藉由讓 x 任意地逼近 a 但並不等於 a,使得 f(x)的值任意地逼近 L。

“the limit of f(x), as x approaches a, equals L”

(2) 定義:

f(x) 於 a 點的左極限等於 L ,表示如果我們可以讓 x 足夠逼近 a 且小於 a,使得 f(x) 任意地逼近 L 。

the left-hand limit of f(x) as x approaches a is equal to L if we can make the values of f(x) arbitrarily close to L by taking x to be sufficiently close to a and x less than a.

(3) 定義:

f(x) 於 a 點的極限存在且等於 L,若且唯若,在 f(x) 於 a 點的左極限等於 L , 且 f(x) 於 a 點的右極限等於 L 。

(4) 定義:

讓 f(x) 在 a 的兩側皆有定義,而 a 本身則不需要有定義(可有可無)。則:

表示 f(x) 當 x 足夠接近 a 但是不等於 a 時, f(x) 的值會是無限大。

(5)定義:

讓 f(x) 在 a 的兩側皆有定義,而 a 本身則不需要有定義(可有可無)。則:

表示 f(x) 當 x 足夠接近 a 但是不等於 a 時,f(x) 的值會是無限小。

(6)定義:

當有以下任一情況發生時,我們稱 x = a 為 y = f(x) 的垂直漸近線。

(7) Limit Laws:

我們假設 c 是常數,且以下的極限都存在。

則我們可以得到:

(8)Direct Substitution Property:

假如 f 是一個 多項式( polynomial ),或是一個有理函數( rational function ),且 a 存在於 f 的定義域,則:

這樣的性質,也被稱為 f 於 a 連續( continuous )。

(9)性質:

假如 f(x) 與 g(x) 在 x = a 以外的值都相等,而在 x = a 則可相等可不相等。使得 f(x) 與 g(x) 於點 a 的極限值相等,這證明了此處極限存在。

(10)定理:

當 f 於 a 的極限值存在且等於 L 時,若且唯若(為充要條件), f 於 a 的左極限以及右極限皆存在且等於 L。

(11)定理:

當函數 f 於 x=a 附近皆小於等於函數 g ,且 f 與 g 於 a 的極限值皆存在。則 f 於 a 的極限值小於等於 g 於 a 的極限值。

(12)夾擠定理(The Squeeze Theorem):

找一個函數當作上界,另一個函數當作下界,藉此夾擠出中間函數在某一個點的極限值。

(13)定義:

於 calculus 課本中,對於極限的精確定義:
我們讓 f 是一個定義於某個開區間的函數,且這個區間包含 a 附近的值,而 a 本身則可包含可不包含。則我們可以稱 f(x) 於 x 接近 a 時的極限值為 L。

(14) Definition of Left-Hand Limit:

於 calculus 課本中,對於左極限的精確定義:

(15) Definition of Right-Hand Limit:

於 calculus 課本中,對於右極限的精確定義:

(16) Definition of Infinite Limits:

於 calculus 課本中,對於趨向無窮的極限的精確定義:

(17) Definition:

於 calculus 課本中,對於趨向負無窮的極限的精確定義:

(18) Definition :

假如符合:

則函數 f 於 a 點連續。

(19) Definition :

假如:

則我們稱函數 f 為右連續。( A function f is continuous from the right at a number a)

假如:

則我們稱函數 f 為左連續。( A function f is continuous from the left at a number a)

(20) Definition :

一個函數 f 在一個區間上連續,表示 f 在此區間任何一點上皆為連續。

A function f is continuous on an interval if it is continuous at every number in the interval.(If f is defined only on one side of an endpoint of the interval, we understand continuous at the endpoint to mean continuous from the right or continuous from the left)

(21) Theorem :

假若 函數 f 與 g 於 a 點皆為連續,且 c 為某常數,則以下函數皆於 a 點連續:

(22) Theorem :

任意多項式( polynomial )在任意點都為連續,表示其於

皆為連續。

任意有理函數( rational function )只要其值有定義(分母不為零),則有理函數於其定義域為連續。

(23) Theorem :

以下函數於其定義域皆為連續:

  1. polynomials (多項式)
  2. rational functions (有理函數)
  3. root functions (根函數)
  4. trigonometric functions (三角函數)

(24) Theorem :

(25) Theorem :-

(26) The Intermediate Value Theorem(中間值定理):

命題與證明:

(1) 命題:

(1)證明:

(2)命題:

(2)證明:

Reference

[1]Calculus chapter 1, section 1.5~1.8

[2]Calculus appendix F

[3]台灣大學-開放式課程-微積分-朱樺教授

TODO

將“定義補完”

收集與極限與連續相關的命題與相對應的證明

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Written by 吳建興

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