闭区间连续函数有界的证明为什么都要用到数列? - V2EX
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huzhikuizainali
V2EX    数学

闭区间连续函数有界的证明为什么都要用到数列?

  •  
  •   huzhikuizainali 276 天前 1768 次点击
    这是一个创建于 276 天前的主题,其中的信息可能已经有所展或是发生改变。

    请看最下方截自“书中的证明”有关连续函数在闭区间有界的证明

    pE9Hd4U.png

    我这么证明可以么?
    这个证明我觉得挺“显然”的。我把上面的疑问发给 gpto1 ,它给出一大篇解释。其中提到了“紧性” “紧区间覆盖”等等一大篇深奥的概念(我搜索了一下好像属于拓扑的知识)。我觉得是不是它夸大问题的复杂程度和深奥程度了?


    Gpt 的回答:

    pE9HRUK.png




    书中证明:



    pE97z0x.png

    lance6716
        1
    lance6716  
       276 天前 via Android
    不可以,因为你自己莫名其妙定义了个“函数在某个点上有界”。
    huzhikuizainali
        2
    huzhikuizainali  
    OP
       276 天前
    @lance6716
    如果函数 f 在 X0 点连续,那么它在该点邻近是有界的 . 这是一 个局部性质对于在闭区间连续的函数,我们来讨论相应的整体性质《数学分析新讲》第一册 第三章,第二节 2.b

    而且我说的不是“函数在某个点上有界”。我说的是在某点连续的函数在该点“邻域”有界。
    lance6716
        3
    lance6716  
       275 天前 via Android
    邻域跟邻域“可以连到一起”从而随着邻域中心充满整个 a 到 b ,这个也是需要证明的。邻域是一个任意大小的集合,并不是两邻域直接能相加的概念
    lance6716
        4
    lance6716  
       275 天前 via Android
    感觉一开始你表述成了“f(x)在…每一点都有界”,反应出了你觉得点和邻域是类似的。点可以通过函数连续在区间上平滑乱跑,但是邻域并不能直接就这么移动。而有界这个性质是定义在区间上不是定义在点上的。邻域要想“相加”、“连接”还是需要“紧”的特性
    huzhikuizainali
        5
    huzhikuizainali  
    OP
       275 天前
    @lance6716 回复三楼
    函数在单点有界的条件其实比较弱,只需要在这一点极限存在:(数学分析新讲第一册 p96 )
    https://s21.ax1x.com/2025/01/08/pECFsYQ.png

    因此如果在某点连续,那必然极限存在。因此也连续(数学分析新讲第一册 P106 )
    https://s21.ax1x.com/2025/01/08/pECk3n0.png

    在以上定理引理基础上,书中证明区间连续的函数必有界,使用了闭区间套逐渐缩小的方式和反证法思路。(下面两图出自数学分析新讲第一册 P114 )
    我的疑问就是受这个证明的启发产生的。我不用闭区间套逐渐缩小。我直接用反证法假设函数 f 在[a,b]上任意一点 x0 处无界,那么直接与 P106 定理一矛盾.因为 x0 的任意性,所以 f 在[a,b]上有界。------------书中之所以没用这么简单的反证法,而采用缩小闭区间到一点的方法。说明我的思路是错的(逻辑严谨性有问题或有其他错误)。我想知道我错在哪里了。
    https://s21.ax1x.com/2025/01/08/pECFVJJ.png
    https://s21.ax1x.com/2025/01/08/pECkg4e.png
    lance6716
        6
    lance6716  
       275 天前 via Android
    “因为 x0 的任意性,所以 f 在[a,b]上有界”这里需要证明
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