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数学分析
第三篇 函数论
单调函数
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更新:
2025-03-14 21:24
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单调函数
## 单调函数 单调函数是数学分析中除了连续函数之外的另一类重要函数(参见定义 3.5 与 $\S 3.3 .4$ ).从 $\S 3.2 .3$ 的反函数存在定理(即定理 3.1)及其应用已经看到单调函数的重要性.在 §4.2.7 中建立了单调函数极限存在定理(即定理 4.11).本节则在连续性的基础上介绍单调函数的几个主要性质. ## 5.3.1 单调函数的间断点 在单调函数极限存在定理(即定理 4.11)的基础上就不难得到下列定理. 定理 5.13 若单调函数 $f$ 在开区间 $(a, b)$ 中有间断点,则只能是第一类间断点中的跳跃点. 证 设 $f$ 在 $(a, b)$ 上单调增加.(当 $f$ 单调减少时考虑函数 $-f$ 即可.) 设 $x_0 \in(a, b)$ 是 $f$ 的间断点.在区间 $\left(a, x_0\right)$ 上 $f$ 以 $f\left(x_0\right)$ 为上界,因此存在 $f\left(x_0^{-}\right) \leqslant f\left(x_0\right)$ .同样,在区间 $\left(x_0, b\right)$ 上 $f$ 以 $f\left(x_0\right)$ 为下界,因此存在 $f\left(x_0^{+}\right) \geqslant f\left(x_0\right)$ . 合并以上就得到 $$ f\left(x_0^{-}\right) \leqslant f\left(x_0\right) \leqslant f\left(x_0^{+}\right) $$ 由于 $x_0$ 是 $f$ 的间断点,因此以上两个 $\leqslant$ 不会同时成为等号,从而 $x_0$ 必是第一类间断点,而且是跳跃点. > 定理 5.14 单调函数的间断点至多为可列个. 证 只对于 $f$ 为单调增加情况写出证明.若 $f$ 单调减少,则可考虑 $-f$ . 证明的基本思想是观察单调函数的值域有什么特性.可以画出 $f$ 的图形,然后关心其图形在 $y$ 轴上的投影,从而在 $y$ 轴上得到函数值域的几何表示(参见图 5.7
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