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证明函数极限的局部保号性;“保号性”由来

2021-11-19 10:10 作者:中国崛起呀  | 我要投稿

牛顿373、证明函数极限的局部保号性;保号性由来

 

大神能给我解释一下函数的保号性是什么意思吗?

或者你是怎么理解保号性的?

还有保号性在函数里的应用?——网友提问

…函、数、函数:见《欧几里得52》…

…性:1.物质所具有的性能;物质因含有某种成分而产生的性质:黏~。弹~。药~。碱~。油~。2.后缀,加在名词、动词或形容词之后构成抽象名词或属性词,表示事物的某种性质或性能:党~。纪律~。创造~。适应~。优越~。普遍~。先天~。流行~…见《欧几里得10》…

…保号性:见《牛顿370、371》…

…应、用、应用:见《欧几里得181》…


摆渡人宝刀君(2019-01-09,1009人赞同了该回答):…

 

定理:函数极限的保号性

…定、理、定理:见《欧几里得2》…

 

如果lim(x→x0)f(x)=A,且A>0(或A<0),那么存在δ>0,使得当0<|x-x0|<δ时,有f(x)>0 [或f(x)<0]

…lim:limit…

[…limit(英文):n.限度;限制;极限;限量;限额;(地区或地方的)境界,界限,范围。

v.限制;限定;限量;减量…]
…δ(希腊字母):Delta(大写 Δ,小写 δ),是第四个希腊字母…

…0<|x-x0|<δ:x和x0的距离小于δ…

 

翻译:极限值>0时,函数值>0;极限值<0时,函数值<0。


简单来讲,就是在x趋于x0(x→x0)时,极限值存在且大于0(小于0),那么就存在一个δ邻域,这个邻域内的函数值也大于0(小于0)。

 

这就被称为极限的保号性。


这个定理,怎么证明呢?

…证、明、证明:见《欧几里得6》…


那就需要用到极限的定义啦!


证明:函数极限的局部保号性

…证、明、证明:见《欧几里得6》…

 

设A>0,因为lim(x→x0)f(x)=A,

则∀(任意)ε>0,∃(存在)δ>0,当0<|x-x0|<δ时,恒有|f(x)-A|<ε,

即A-ε<f(x)<A+ε

…∀、∃:数学符号,见《牛顿309》…

…ε(伊普西龙):希腊字母第五个字母,大写Ε,小写ε,拉丁字母的E是从ε变来…

…|f(x)-A|<ε:f(x)和A的距离小于ε…


可取ε=A/2>0,则f(x)>A-A/2=A/2>0

同理可证A<0

 

翻译:极限值>0时,函数值>0;极限值<0时,函数值<0。


我们按照定义写出极限的定义表达式后,然后对这个不等式的ε进行取值。

理论上说,ε可以取任何值,只要它大于0就行。

…理、论、理论:见《欧几里得5》…

 

大于0的ε,这个取法有很多了,比如你可以取2A,3A,4A等等,也可以取0.5A,0.3A,0.1A。

到底取哪一种呢?

 

这取决于你的目的是什么。

…目、的、目的:见《欧几里得195》…

 

你现在的目的是:为了判断“极限值大于0时的函数值是大于0、还是小于0?”,也就是判断“A-ε”的正负。

 

ε取A的整数倍时,A-ε为负数,ε取A的小数倍时,A-ε为正数,f(x)在这两种范围下,按照不等式“同大取大”的原则,f(x)>0。

…范、围、范围:见《欧几里得39》…

…原、则、原则:见《欧几里得198》…

…不等式“同大取大”的原则:见《牛顿372》…

 

{“函数极限的保号性定理是:

如果lim(x→x0)f(x)=A,且A>0(或A<0),那么存在δ>0,使得当0<|x-x0|<δ时,f(x)>0 [或f(x)<0]。

重点是‘存在δ’。”现代学者说。

 

“就是说,找到这样一个δ,就证明了保号性定理。”现代学者接着说,“我们的目的是:找到一个满足题中所给条件的δ。

题中所给条件:lim(x→x0)f(x)=A,A>0→当0<|x-x0|<δ时,有f(x)>0

 

“证明过程中,根据极限定义,ε取任意大于0的值[∀(任意)ε>0]时,存在这样一个δ:lim(x→x0)f(x)=A,且0<A→A-ε<f(x)<A+ε。”现代学者继续说,“对比题中所给条件,差异在于最后的f(x)>0 和f(x)>A-ε。”

 

“当0≤A-ε<f(x)时,这个差异将完全消除。”现代学者最后说,“就是说:满足0≤A-ε<f(x)的所有δ,都是满足题中所给条件的δ。

[满足0≤A-ε<f(x)的δ值,必然满足题中所给条件f(x)>0 :

0≤A-ε<f(x)能推出f(x)>0 。

 

推导过程:

按照数轴来判断0、A-ε、f(x)是它们在数轴上从小到大的顺序,且A-ε≧0→f(x)在0右边→f(x)>0]

 

“这些δ中,列出一个,就等于证明了保号性定理。”现代学者说。

“由A-ε≧0得出满足题中所给条件的δ的范围:ε≤A时,对应的δ。”现代学者接着说。

“因为ε是任意大于0的数,所以ε最终取值范围是:0<ε≤A。”现代学者继续说。

 

“0<ε≤A时,对应的δ满足题中所给条件,”现代学者最后说,“这样的ε取值有0.5A,0.3A,0.1A…证明中取值0.5A。”}


函数极限局部保号性的证明?——网友提问

“事情是这样的,我在看局部保号性的证明,证明的手段就是直接取ε=A/2,然后上网搜了好久,也找不出个所以然,只知道只要ε取能让A-ε>0的数就行。比如ε=A/3,他们给的解释就是为了方便。问题来了,为什么ε要这样取,如果ε取2A,或者大于A的数行不行呢?”网友补充说。


Alphacalculus(2018-03-10 22:02,48 人赞同了该回答):
意思是在x0 的某个去心邻域内有保号性,只需要证明有这么一个邻域存在就行,

ε越大,这个邻域越大;ε越小,这个邻域越小,仅此而已。

你取大了,在那个大邻域不存在保号性;取小点,在这个小范围内保号,就这样。


阿青(编辑于2021-06-25 16:57):

先把这个翻译一下

[图]

大致意思就是,当lim(x→x0)f(x)=A时,存在x∈(x0-δ,x0+δ)使得f(x)与A同号,

…∈:数学符号,表示“属于”,见《牛顿303》…

 

我们只需要证明有一个区间存在就行,至于其它的区间,便不是必需的。

也就是符号保持的性质,也就是所谓保号性的由来

…性、质、性质:见《欧几里得37》…

为了方便,我们当前仅对A>0 进行讨论,实际上A<0也是同理。


落夏(发布于2021-03-17 08:57吗,9 人赞同了该回答):读题啊,兄弟,什么叫局部


Aurami(知行合一,编辑于 2020-05-05 15:03):

保号性的证明看似在问δ的存在性,实则是在问ε的存在性。而所有的ε都能保证δ的存在性,故找到一个ε满足保号性即可。

理解了这段话,就可以换个问法:是否存在ε,使其对应的δ能满足保号性。

 

臣月(编辑于07-25 02:12,7 人赞同了该回答):

我原来也是不懂这个问题,然后才来知乎搜索的,看了所有人的回答,还是感觉不理解,苦苦思索了很久,把大家的回答翻来覆去地读,现在感觉突然开窍了,不知道这样理解对不对,但我觉得你和我不懂的那个点应该是相同的:

就是,我们都以为要证明的是:要对任意的ε,存在δ,使得结论成立。

…结、论、结论:见《欧几里得66》…

 

但是其实不是,其实是只需要:存在δ,使得结论成立。

为什么这样说呢?因为保号性那个性质的文字描述就是这样说的,也就是存在一个δ,在这个去心领域,使得结论成立。并没有提到什么ε。

这就是大家的回答为什么一直都在反复强调证明的是存在性,而你一直在纠结为什么只证明有一个ε存在就行了。

难道一个ε存在就代表前面证明的时候一开始说的任意ε都成立吗?不,当然不是,只有取ε<A的时候f(x)>0才成立,那就是说这些ε都存在,所以存在很多个ε,但不是任意的ε都满足条件。

但是这没有什么关系,因为前面说了,我们不需要任意的ε都满足条件。

那前面证明的时候为什么要写任意ε呢?因为那个时候我们还不知道ε是取多少,但是对于|f(x)-A|<ε这个式子来说,确实是任意的ε都成立的,所以就这样写了,然后推出后面的式子以后,我们就知道哪些ε可以使结论成立了,那就是<A的那些,那些ε都是可以使结论成立的。反之,>A的那些就不行。

每一个ε,都对应着一个δ。虽然不太准确,但为了便于理解,你可以这样想,ε就代表两个函数值的差,而δ就代表两个变量的差,δ可以随着ε的改变而改变。

意思就是只要存在一个ε,使得条件满足,就一定会存在一个δ,使得结论成立。而我们只需要证明存在一个δ,使得结论成立,就可以了,我们又已经知道了有很多ε都满足条件,所以随便取一个<A的ε,如A/2,就可以完成证明。

当然,我们现在已经知道了哪些ε满足条件,所以证明的时候也可以直接把满足条件的ε(如A/2)代进去,一开始就不用写任意的ε了,也可以直接写|f(x)-A|<A/2,然后得出f(x)>A/2>0,就相当于证明了其中存在的一个δ,也就得证了。

“!

请看下集《牛顿374、证明费马引理》”


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