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漫步數學分析二十——一致連續

有時候,對連續的定義進行一些變形是非常有用的。這就是我們要介紹的一致連續函式(uniformly continuous function),精確的定義如下。

3f:ARm,BA,我們說f 在集合B上一致連續,如果對每個ε>0,存在δ>0使得x,yB,並且d(x,y)<δ意味著d(f(x),f(y))<ε

這個定義與連續類似,除了給定ε後,選擇的δ必須對所有的x,y都滿足。對於連續而言,我們給定ε>0和一個值x0後,然後選擇所需的δ。很明顯,如果f是一致連續的,那麼f就是連續的。

例如,考慮f:RR,f(x)=x2f是連續的,但不是一致連續。事實上,給定ε

>0,x0>0,我們給出的δ>0至少要比ε/(2x0)要小,所以如果我們選擇的x0比較大,δ必須要小,無法找出對所有x0都滿足的δ。這個現象在緊集上就不會發生,也就是下面定理要介紹的內容。

7f:ARm是連續的且KA 是一個緊集,那麼fK上是一致連續的。

定理7中僅僅用有界集是不行的,考慮非緊集(0,1],令f(x)=1/x,那麼如果我們可以證明f是連續的,但不是一致連續的。當然,我們不可能令f在緊集[0,1]上連續,因為在該集合上,函式無界的。

另一種判別一致連續的準則會在下面的例2中給出。

1f:(0,1]R,f(x)=1/x,說明f[a,1]上一致連續,其中a>

0

因為[a,1]是緊集,所以根據定理7立即可以得出結論。

2f:(a,b)R是可微的,假設|f(x)|M,這裡,a,b可能是±f表示f的導數,說明f(a,b)上一致連續。

一致連續的定義要求我們用|xy|來估計|f(x)f(y)|,這就啟發我們用均值定理。在x,y之間存在x0使得

f(x)f(y)=f(x0)(xy)
因此
|f(x)f(y)|M|xy|

給定ε>0,選擇δ=ε/M,那麼|xy|<

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