原书例子改为练习 · 5.2.10 · 原书 p. 95(PDF 第 120 页)↗
证明 在 0 连续,但不可导。
写下我的思路
提示一 · 从哪里开始
连续看函数值;可导看差商。
提示二 · 关键转折
,而差商是 。
参考解答 · 完成尝试后再展开
,故连续。右差商恒为 1,左差商恒为 -1,极限不相等,因此不可导。图像的尖角体现两种不同的切线方向。
用极限定义理解连续和导数,区分存在性定理的条件与结论。
“一笔画出图像”有哪些不可靠之处?
考虑定义域不包含零的倒数函数。
点连续要求函数值存在、极限存在且二者相等。端点用定义域内的单侧极限。多项式处处连续,有理式在分母非零处连续,复合需各层有定义。 在自身定义域每一点连续;它在零处未定义,不能说在零处连续。
继续追问:拼接两个连续公式时,还缺哪一步才能说整段连续?
须检查拼接点的左极限、右极限和实际函数值都相等。
两端异号为什么能保证中间有根?
连续函数能否不经过零就从负变正?
介值定理要求闭区间连续,保证端点值之间每个值至少取得一次,不保证唯一。闭区间连续函数还必有最大值和最小值;开区间或无界区间不能照搬。证明唯一性需要单调性等额外理由。
继续追问: 在 上为什么没有最大值?
所有函数值都小于 1,但可以任意接近 1;1 只是上确界,没有被取得。
平均速度如何变成某一时刻的速度?
让测量时间间隔缩短,而不是直接把它设为零。
位置差除以时间差是平均速度,极限是瞬时速度。几何上割线斜率趋于切线斜率。导数是局部输出增量与输入增量的比例,因此既是斜率也是变化率。位移可带负号,路程与速率非负。
继续追问:导数为负是否表示物体的位置一定为负?
不是。负速度表示位置正在下降,物体仍可能位于正坐标处。
连续曲线为什么仍可能没有导数?
尖角两侧的割线斜率是否趋于同一个有限值?
直线导数为常数,二阶导数衡量一阶变化率怎样变化。尖角、竖直切线和不连续点都可能使有限导数不存在。可导必连续,因为函数增量可写成差商乘 ;反向不成立。可导也不保证导数连续,后面会遇到实例。
继续追问:如果左右导数分别为 1 和 -1,函数能可导吗?
不能。两侧差商必须趋于同一个有限实数才有两侧导数。
绿色是平方函数,金色是当前切线。先预测切线斜率,再拖动。
图示用于形成猜想;严谨结论请结合本章定义、公式与证明。
本书没有独立章末习题集。以下明确区分原书例题、正文结论改编及补充自测;页码是印刷页码,链接另标 PDF 页序。延伸问法已在题目或解答中说明。
原书例子改为练习 · 5.2.10 · 原书 p. 95(PDF 第 120 页)↗
连续看函数值;可导看差商。
,而差商是 。
,故连续。右差商恒为 1,左差商恒为 -1,极限不相等,因此不可导。图像的尖角体现两种不同的切线方向。
原书推导改为练习 · 5.2.6 · 原书 p. 90(PDF 第 115 页)↗
把 展开。
消去 后再取极限。
差商为 ,因此 。抛物线在 的切线斜率为 ,切线方程是 。
补充自测 · 对应 5.1.4 · 本笔记编写
计算两端函数值。
定理只回答“有没有”,不回答“有几个”。
多项式连续,,介值定理保证一个内部零点。唯一性不能由该定理单独推出;学过单调性后可用 证明。