考研导数定理的证明
[ f(x)-f(0) ] / (x-0) = f(x)/x,
这个比值等于1/q,如果x是有理数;等于0,如果x是无理数。当X无限趋近于0时,如果X都是有理数,因为每个有理数都是以p/q的形式表示的,所以要趋近于0,Q必须趋近于无穷大。此时f(x)/x = 1/q趋于零,也就是上面说的导数为零。如果所有的x都用无理数逼近,因为f(x)总是零,那么上述比值的极限自然也是零。所以不管怎么趋近于零,上面的比值总会趋近于零,所以函数可以在0求导,导数为零。
同时,这个函数在所有非零有理点处都是不连续的,0的任何一个域都必然包含非零有理点,所以这个函数在0的任何一个邻域内都不能说是导数。所以点可导和邻域可导并不等价于这个函数:它在0点可导,但不在0的邻域可导。这并不违背可导性必须连续的常识,因为这个常识意味着,如果在某一点可导,则在某一点连续;如果邻域是可微的,那么邻域是连续的。这个函数在x=0时确实是连续的。你可以自己验证一下。
函数可以在一个邻域内导出,这当然意味着函数必须定义在这个邻域内的所有点上。
2.这也是上面的例子解决的。意义不一样。f(x)在x=0处是连续的,但在0的任何一个邻域内都不是连续的,无论是大还是小,因为在这个邻域内总会找到一个不连续点。
3.这个也不一样。如果导函数是连续的,那么这两个显然是相等的。问题是导函数是不连续的。为了区分这一点,我们必须记住定义。如果定义不明确,以后做什么都没用。设置
F(x) = 1,如果x
这是一个分段函数,在0处明显不连续。但是我们还是可以根据定义找到零点的导数,右极限,右导数:
1)衍生权利限制:
x & gt0,导函数为f'(x) = 3,所以取极限:
Lim (x从大于0趋向于0)f '(x)= 3;
2)右导数:
严格按照导数的定义,正确的导数是:
Lim (x从大于0趋向于0) [f(x)-f(0)]/(x-0)
= lim (x从大于0趋向于0) [3x-1]/(x-0)(注意大于0时f(x) = 3x,但第一段必须代入f(0)。
=无穷大
所以导数的右极限不等于右导数。虽然99%的考研题不会涉及到这么细微的差别,很多人也喜欢先求导再取数,但是还是要知道这是有条件的。像这里,如果你先推导f'(x) = 3,然后代入x=0,然后说0处的右导数是3,显然是错误的。
4.说条件,条件就来了。这个定理告诉你,想象一下求一个点的导数这么容易?一个条件是函数在这一点上必须是连续的。其实这个直觉很简单。什么时候导数和导数极限不一样?根据定义,只有当x接近x0时,连接(x,f(x))和(x0,f(x0))的直线斜率突然发生较大变化时,才会出现这种情况。而如果函数在这一点是连续的,那么无论你怎么画这条直线,它的斜率的极限都会逐渐逼近这一点的导数。另一方面,和上面的例子一样,函数在0处是不连续的,所以你可以在0右边的点和(0,f(0))之间画一条线。当X从右边接近0时,直线变得越来越垂直,这意味着斜率突然变化很大,因为函数在0处是不连续的:函数值跳跃,导致直线斜率的跳跃,所以导函数的极限不变。如果f(0)=0,函数值不跳,那么斜率自然不会跳,导数=3正好等于导数的极限。
5.端点连续性当然有意义,怎么可能没有意义?端点连续是指存在单边极限,这是定义和判断:左端点连续等价于左端点函数值等于函数的右极限,右端点连续等价于右端点函数值等于函数的左极限。
至于端点可微的定义,也是一样的。只是我们习惯说在邻域内可导,而不是闭区间。如果函数在闭区间上可微,更不用说在开区间上可微。一般来说,作为数学定理,我们都希望用尽可能少的条件得出尽可能多的结论。既然开区间可导就足以得出我们需要的结果,为什么还要把条件设置得更强闭区间可导呢?
记住,讨论一个点的可导性,只要这个点在函数定义域内部,而不是端点,或者讨论在完全邻域内可导;若该点为终点,则讨论单边邻域的可导性,即左导数或右导数。