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函数连续的ε-δ定义 如对任意给定的正数ε>0,总有实数δ>0,当|x-x0|<δ时,必有|f(x)-f(x0)|<ε,则称函数f(x)在x0点连续,记为
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3.数学的存在性定理
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前面提到过,贾岛《寻隐者不遇》诗云:
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松下问童子,言师采药去。
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只在此山中,云深不知处。
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这是只知其存在,但不知道确切位置的一种意境。在微积分学中,连续函数有两个重要的存在性定理。
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最值定理 在闭区间[a,b]上连续的函数必定在该区间上取到最大值和最小值。(至于在哪里取得,定理并没有给出。参见图5.3.4。)
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介值定理 在区间[a,b]上定义的连续函数,如果在[a,b]中存在两点p,q使得f(p)<0且f(q)>0,那么必定在p,q之间存在点c,使得f(c)=0。(至于c在哪里,定理并未回答。参见图5.3.5。)
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▲ 图5.3.4 函数的最大值点
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f(x)在[a,b]上连续,在点ξ处达到最大值。ξ具体在何处,尚无法断定。
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▲ 图5.3.5 函数的介值性
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这一函数在[-2,2]上连续,在-1处函数值小于0,在1处函数值大于0,所以可以判断必有一点函数值等于0,即函数图像和横坐标轴相交。至于具体是哪一点,目前还不能确定。
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这两个定理可以用实数理论严格证明,这里从略。
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数学文化教程 第四节 “无穷小量的鬼魂”——早期微积分学有效但不严谨
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牛顿之前,已经有许多数学家运用无穷小量研究函数性质。法国数学家费马等就运用无穷小量得出了令人惊奇的正确结论。可是无穷小量是什么?没有人解释得清楚。
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1.神奇的费马证明
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从古希腊到文艺复兴,大家都认为,周长一定的矩形以正方形围成的面积最大。这是一个完全正确的命题。但是,没有人能够证明它。法国数学家费马运用无穷小量加以论证。当时人们对无穷小量的认识是,它是任意小却不等于0的量。说白了,就是“既是0又不是0的量”。且看费马论证的过程。
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证明 如图5.4.1,设矩形的半周长是A,其中一条边的边长是B,则另一条边的边长是A-B。如果此时面积最大,要证明它是正方形,只需证明A=2B即可。现在任取无穷小量E,那么可以猜想(一个天才的想法)矩形的面积为
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B(A-B)=(B+E)[A-(B+E)].(5.4.1)
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