ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ НЕПЕРЕРВНИХ ФУНКЦІЙ

Загальні властивості неперервних функцій однакові як для функцій однієї змінної, так і для функцій багатьох змінних.

Теорема 3. (Вейєрштрасса). Функція , визначена і неперервна в обмеженій замкненій області D, є обмеженою.

Для функції однієї змінної замкненою областю D є сегмент, наприклад, [а, b].

Сформулюємо теорему 3 для функції однієї змінної у = f(х). Функція f(х), неперервна на [а, b], є обмеженою.

Зауваження. Теорема 3 не виконується, якщо область D відкрита. Наприклад, у = неперервна в інтервалі (0, 1), але вона в цьому інтервалі не обмежена.

Теорема 4. (про знак функції). Якщо функція неперервна в точці А і f(А) ≠ 0, то функція в до¬статньо малому околі точки А зберігає знак.

Сформулюємо теорему 4 в термінах функції однієї змінної:

якщо функція у = f (х) неперервна в точці а і f(а) ≠ 0, то функція в достатньо малому околі точки а зберігає знак.

Дійсно, нехай , наприклад, f(а) > 0. Покажемо, що для будь-якого > 0 можна знайти таке > 0, що для всіх х виконується нерівність f(х) > 0.

Побудуємо -окіл точки а і -окіл точки f(а)

Якщо взяти = min (h1 h2), то завжди можна побудувати прямокутник із сторонами 2 і 2 такий, що f(х) > 0.

Теорема 5 (про корінь функції). Якщо функція визначена і неперервна в деякій однозв'язній області D, причому в цій області дві точки А (а1 а2, аn) і В (b1, b2, bn), в яких функція набуває значень різних знаків:

f(А) < 0, f(В) > 0,

то в цій області знайдеться принаймні одна точка С, в якій функція перетворюється в нуль, тобто f(С) = 0.

Введемо поняття однозв'язної області. Множина точок простору Е„ називається простою дугою Жордана (простою кривою), якщо цей простір можна дістати в результаті відображення деякого сегмента t0 ≤ t ≤ Т за допомогою системи функцій

неперервних на цьому сегменті, причому двом різним значенням параметра t відповідають, дві різні точки.

Якщо точка М0 ( , (t0), ,…, збігається з точкою , то крива називається прос¬тою замкненою кривою.

Розглянемо просту криву, задану рівняннями

х = х(t), y = y(t) (5.18)

на площині. Якщо будь-які дві точки області, розміщеної на площи¬ні, можна сполучити простою кривою, яка міститься в цій області, то область називається зв'язною. Для утворення однозв'язної обла¬сті необхідно розглядати замкнену криву (5.18).

Якщо побудувати просту замкнену криву (5.18) на площині, то площина розіб'ється на дві області — внутрішню і зовнішню.

Область D на площині називається однозв'язною, якщо будь-яка область внутрішня відносно простої довільної замкненої кривої, яка міститься в D, також міститься в D. На рис. 3.76 області а і б однозв'язні, а область в — неоднозв'язна. Поняття зв'язної і однозв'язної областей поширюється і на випадок n-вимірного простору.