函数连续的条件举例,证明函数连续的三个条件

首页 > 教育培训 > 作者:YD1662023-06-19 12:35:36

生活中我们处处可以碰到这样一些恼人的事情:

在一个阳光明媚的下午,把刚洗好的衣服搭在晾衣绳上,结果“啪”的一声绳子断了。衣服散落一地,沾满了尘土,不得不拿回去重洗。

开着车在山间小路中徜徉,惬意地享受着春光,突然前方出现一道警戒线,路边立着大牌子,上写四个大字:“此路不通”。

其实这两件事情都涉及到一类共同的现象:“连续”(continuous)与“间断”(discontinuous)。

数学的发展就是对客观现象进行抽象与归纳,并在此基础上进行演绎推理。而“连续”与“间断”这类现象早就被数学家们注意到了。在初等的几何问题中,我们会涉及到线的连续;而微积分创立以后,对连续性的探讨又上升到了极限的高度;而到了20世纪,随着现代拓扑学的诞生,人们对连续性又有了更深刻的认识。

可以看出,“连续”这个概念在数学中也是经历了由直观到形式,由原始到复杂,由具体到抽象这样一个层层演进的过程,本文我们就来论述一下这个过程。

1.古典数学中的“连续”概念

微积分创立之前的数学被称为古典数学,这个时期人们对数学的概念还停留在感性直观的基础上,没有形成现代数学中那样严谨的形式语言和逻辑规范,因此对“连续”这一概念的理解也是很原始的。所谓连续,就是像一条绳子那样不要断成两段就可以了。

函数连续的条件举例,证明函数连续的三个条件(1)

在小学奥数中,我们学过所谓的“一笔画”问题,大意就是给出你一个复杂的图形,要求你用笔画出来。要满足两个要求:第一,笔不能离开纸面;第二,不能有重叠。

函数连续的条件举例,证明函数连续的三个条件(2)

有趣的一笔画问题

笔不离开纸面的意思就是连续的意思,只有这样画出来才是一条连续的、完整的线。一旦你的笔尖离开纸面再找另外一个地方继续画,那么这条线就断开了,也就不能是连续的了。

一笔画问题来源于所谓的“哥尼斯堡七桥问题”哥尼斯堡是曾经是普鲁士一座非常重要的城市,现在的名字叫加里宁格勒,属于俄罗斯。这座城市还诞生了另外一位伟大的哲学家——伊曼努尔·康德(Immanuel Kant,1724~1804)

哥尼斯堡是一座多水的城市,人们在其中一条河流和其中的两座小岛上修建了七座桥梁:

函数连续的条件举例,证明函数连续的三个条件(3)

七桥示意图

不少人经常在这里散步,走得多了人们便想到一个问题:能否一次性把这七座桥都走个遍,并且中途不走重复路线?

这其实就是最早的一笔画问题:人不会跳,更不能飞,所以走出的路线一定是一条连续的线。同时要求一次性走完,就是说不能分成两次或者多次。如果分成两次或多次,那就相当于好几段了,这样一来路线就是断开的。所以“七桥问题”里面就隐含了人们关于“连续”与“间断”最朴素的概念。

无数人试图解决这个问题,他们天天在桥面上走来走去,可惜始终没有人成功。1735年,几名大学生把这个问题寄给了当时的大数学家欧拉。而欧拉果然不负众望,通过一年的潜心研究,1736年欧拉向圣彼得堡科学院投去论文《哥尼斯堡的七座桥》,彻底解决了这个问题。就是我们现在在奥数中学到的“一笔画理论”。简单总结来说,如果一个连通图的奇数点个数是0或2,则可以一笔画出,其余情况都不行。

函数连续的条件举例,证明函数连续的三个条件(4)

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