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间断点即不连续点。先从连续概念开始。
一. 连续点
1. 定义1 在
点连续,当且仅当
(i) 在
点有定义,即
有意义;
(ii) 存在,有时候需要
和
存在且相等来保证;
(iii) .
注1. 好多教材上都直接用条件 (iii) 作为连续点的定义,确实条件 (iii) 隐含了条件 (ii) 和 (i) ,但这样以来,就让很多高数新人对 “连续” 概念,总是理解不到位。那为什么不把这三条都说出来呢;
注2. 如果你能理解函数极限的定义,相信你能区分 与
二者并无关系。
2. 连续也可以等价地定义:
在
点连续
当自变量的改变量
趋于 0 时,函数值的改变量
也趋于0,即
,
, 当
时,有
3. 若 在
上每一点都连续,则称
为
上的连续函数。
从几何上看,连续函数是一条连绵不断的曲线。
二. 间断点
1. 间断点即不连续点,所以否定上述定义中的三条(注意:否定任意一条都足以构成间断点)
定义2. (1)若 在
点无定义——是间断点;
(2) 若 在
点有定义,但极限
不存在——是间断点;
(3) 若 在
点有定义,极限
也存在,但
——是间断点。
2. 间断点的分类:设 是
的间断点,
第一类间断点:若 与
都存在,又包括两类:
第二类间断点:否定第一类,若 和
至少有一个不存在,又包括两类:
注1. 有人问到震荡间断点,解释一下。第二类间断点是左、右极限至少有一个不存在。而极限不存在只有两种情况:(1) 极限“存在”,但为 , 对应无穷间断点;(2) 至少有两个趋于
的子列,使得函数值极限不相等,这种往往是以带
和
项为代表,体现为震荡间断点。
注2. 可见,判断间断点分类只是基于左、右极限,所以,遇见间断点的题二话不说先求左右极限。
四类间断点示意图:
3. 判断间断点的一般解题步骤
由于初等函数在其定义区间上连续,故间断点只可能出现在:(1) 分段函数的分段点处;(2) 初等函数无定义的点(分母=0处)。于是,
第1步:找出所有可能的间断点;
第2步:逐个点计算其左极限、右极限,再判断其类型。
例1 设 ,判断其间断点及其类型,并写出其连续区间。
解:(1) 可能的间断点:0,-1,1
(2) ① 对 ,
左右极限都存在,故是第一类间断点,但不相等,故是跳跃间断点。
② 对 ,
左右极限都不存在,故是第二类间断点,又等于 , 故是无穷间断点。
③ 对 ,
左右极限都存在,故为第一类间断点,又相等,故为可去间断点。
(3) 连续区间首先得是定义域内,其次函数在其上连续。而初等函数在其定义域内都是连续的,所以,该函数的连续区间为:
附图:
注. 从图形上看, 处怎么连续了呢?是因为一个点的长度是0,该空点是看不到的,当然最好是特殊标记一下。