连续性练习题

连续性练习题

通过以下练习题来巩固和检验对连续性知识的掌握程度。

基础概念练习

练习 1

判断函数 f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x} 在 x=0x = 0 处是否连续,并说明理由。

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continuity function continuity

解题思路:检查函数在该点是否有定义。

详细步骤:

  1. 函数 f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x} 在 x=0x = 0 处无定义

  2. 因此函数在 x=0x = 0 处不连续

答案:不连续,因为 x=0x = 0 处函数无定义。

练习 2

判断函数 f(x)={x2,x≤12x−1,x>1f(x) = \begin{cases} x^2, & x \leq 1 \\ 2x - 1, & x > 1 \end{cases} 在 x=1x = 1 处的连续性,并说明属于哪类间断点(如有)。

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continuity function continuity

解题思路:分别计算左极限、右极限和函数值,看三者是否相等。

详细步骤:

  1. 左极限:lim⁡x→1−f(x)=lim⁡x→1−x2=1\lim_{x \to 1^-} f(x) = \lim_{x \to 1^-} x^2 = 1

  2. 右极限:lim⁡x→1+f(x)=lim⁡x→1+(2x−1)=2×1−1=1\lim_{x \to 1^+} f(x) = \lim_{x \to 1^+} (2x - 1) = 2 \times 1 - 1 = 1

  3. 函数值:f(1)=12=1f(1) = 1^2 = 1

  4. 三者相等,因此函数在 x=1x = 1 处连续

答案:在 x=1x = 1 处连续,无间断点。

练习 3

判断函数 f(x)=sin⁡xf(x) = \sin x 在 R\mathbb{R} 上的连续性。

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continuity function continuity

解题思路:利用初等函数连续性的基本结论。

详细步骤:

  1. sin⁡x\sin x 是基本初等函数(三角函数)

  2. 根据初等函数连续性定理,一切初等函数在其定义域内连续

  3. sin⁡x\sin x 的定义域是 R\mathbb{R}

答案:在 R\mathbb{R} 上处处连续。

间断点分类练习

练习 4

判断函数 f(x)=x2−9x−3f(x) = \frac{x^2 - 9}{x - 3} 在 x=3x = 3 处的间断点类型。

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continuity function continuity

解题思路:计算极限并判断间断点类型。

详细步骤:

  1. 函数在 x=3x = 3 处无定义

  2. 计算极限:lim⁡x→3x2−9x−3=lim⁡x→3(x−3)(x+3)x−3=lim⁡x→3(x+3)=6\lim_{x \to 3} \frac{x^2 - 9}{x - 3} = \lim_{x \to 3} \frac{(x-3)(x+3)}{x-3} = \lim_{x \to 3} (x+3) = 6

  3. 极限存在但不等于函数值(函数值无定义)

答案:x=3x = 3 是可去间断点。

练习 5

判断函数 f(x)={x2,x<0x+1,x≥0f(x) = \begin{cases} x^2, & x < 0 \\ x + 1, & x \geq 0 \end{cases} 在 x=0x = 0 处的间断点类型。

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continuity function continuity

解题思路:分别计算左右极限并比较。

详细步骤:

  1. 左极限:lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−x2=0\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^-} x^2 = 0

  2. 右极限:lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(x+1)=1\lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^+} (x + 1) = 1

  3. 函数值:f(0)=0+1=1f(0) = 0 + 1 = 1

  4. 左极限不等于右极限

答案:x=0x = 0 是跳跃间断点。

练习 6

判断函数 f(x)=1x2f(x) = \frac{1}{x^2} 在 x=0x = 0 处的间断点类型。

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continuity function continuity

解题思路:计算左右极限并判断。

详细步骤:

  1. 函数在 x=0x = 0 处无定义

  2. 左极限:lim⁡x→0−1x2=+∞\lim_{x \to 0^-} \frac{1}{x^2} = +\infty

  3. 右极限:lim⁡x→0+1x2=+∞\lim_{x \to 0^+} \frac{1}{x^2} = +\infty

  4. 左右极限都不存在(为无穷大)

答案:x=0x = 0 是第二类间断点。

初等函数连续性练习

练习 7

判断函数 f(x)=ln⁡(x2−1)f(x) = \ln(x^2 - 1) 的连续区间。

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continuity function continuity

解题思路:分析函数的定义域,然后利用初等函数连续性。

详细步骤:

  1. 函数 f(x)=ln⁡(x2−1)f(x) = \ln(x^2 - 1) 的定义域是 x2−1>0x^2 - 1 > 0

  2. 解不等式:x2−1>0x^2 - 1 > 0,得 x<−1x < -1 或 x>1x > 1

  3. 因此定义域是 (−∞,−1)∪(1,+∞)(-\infty, -1) \cup (1, +\infty)

  4. 根据初等函数连续性定理,函数在其定义域内连续

答案:函数在 (−∞,−1)∪(1,+∞)(-\infty, -1) \cup (1, +\infty) 上连续。

练习 8

判断函数 f(x)=x2−4x−2f(x) = \frac{x^2 - 4}{x - 2} 的连续区间。

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continuity function continuity

解题思路:分析有理函数的定义域。

详细步骤:

  1. 函数 f(x)=x2−4x−2f(x) = \frac{x^2 - 4}{x - 2} 的定义域是 x−2≠0x - 2 \neq 0

  2. 即 x≠2x \neq 2,定义域是 (−∞,2)∪(2,+∞)(-\infty, 2) \cup (2, +\infty)

  3. 根据初等函数连续性定理,有理函数在其定义域内连续

答案:函数在 (−∞,2)∪(2,+∞)(-\infty, 2) \cup (2, +\infty) 上连续。

练习 9

判断函数 f(x)=tan⁡xf(x) = \tan x 的连续区间。

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continuity function continuity

解题思路:分析三角函数的定义域。

详细步骤:

  1. 函数 f(x)=tan⁡xf(x) = \tan x 的定义域是 x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi(kk 为整数)

  2. 即定义域是 R∖{π2+kπ:k∈Z}\mathbb{R} \setminus \{\frac{\pi}{2} + k\pi : k \in \mathbb{Z}\}

  3. 根据初等函数连续性定理,三角函数在其定义域内连续

答案:函数在 R∖{π2+kπ:k∈Z}\mathbb{R} \setminus \{\frac{\pi}{2} + k\pi : k \in \mathbb{Z}\} 上连续。

闭区间上连续函数性质练习

练习 10

设 f(x)f(x) 在 [0,2][0, 2] 上连续,且 f(0)=−1,f(2)=3f(0) = -1, f(2) = 3,证明 f(x)f(x) 在 (0,2)(0, 2) 内至少有一点 x0x_0 使 f(x0)=0f(x_0) = 0。

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continuity function continuity

解题思路:利用零点定理。

详细步骤:

  1. 函数 f(x)f(x) 在 [0,2][0, 2] 上连续

  2. f(0)=−1<0f(0) = -1 < 0,f(2)=3>0f(2) = 3 > 0

  3. f(0)⋅f(2)=(−1)×3=−3<0f(0) \cdot f(2) = (-1) \times 3 = -3 < 0

  4. 根据零点定理,存在 x0∈(0,2)x_0 \in (0, 2) 使 f(x0)=0f(x_0) = 0

答案:存在 x0∈(0,2)x_0 \in (0, 2) 使 f(x0)=0f(x_0) = 0。

练习 11

设 f(x)f(x) 在 [a,b][a, b] 上连续,试说明 f(x)f(x) 是否一定有界并能取到最大最小值。

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continuity function continuity

解题思路:利用有界性定理和最值定理。

详细步骤:

  1. 根据有界性定理,在闭区间上连续的函数必有界

  2. 根据最值定理,在闭区间上连续的函数必能取到最大值和最小值

  3. 因此 f(x)f(x) 一定有界,且能取到最大值和最小值

答案:一定有界,且能取到最大值和最小值。

练习 12

证明方程 x3−x−1=0x^3 - x - 1 = 0 在 (1,2)(1, 2) 内有解。

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continuity function continuity

解题思路:利用零点定理。

详细步骤:

  1. 设 f(x)=x3−x−1f(x) = x^3 - x - 1

  2. f(1)=13−1−1=−1<0f(1) = 1^3 - 1 - 1 = -1 < 0

  3. f(2)=23−2−1=5>0f(2) = 2^3 - 2 - 1 = 5 > 0

  4. 函数在 [1,2][1, 2] 上连续

  5. 根据零点定理,存在 ξ∈(1,2)\xi \in (1, 2) 使 f(ξ)=0f(\xi) = 0

答案:方程在 (1,2)(1, 2) 内有解。

综合练习

练习 13

判断函数 f(x)={x2,x≤12x−1,x>1f(x) = \begin{cases} x^2, & x \leq 1 \\ 2x - 1, & x > 1 \end{cases} 在 x=1x = 1 处的连续性。

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continuity function continuity

解题思路:分别计算左极限、右极限和函数值,看三者是否相等。

详细步骤:

  1. 左极限:lim⁡x→1−f(x)=lim⁡x→1−x2=1\lim_{x \to 1^-} f(x) = \lim_{x \to 1^-} x^2 = 1

  2. 右极限:lim⁡x→1+f(x)=lim⁡x→1+(2x−1)=2×1−1=1\lim_{x \to 1^+} f(x) = \lim_{x \to 1^+} (2x - 1) = 2 \times 1 - 1 = 1

  3. 函数值:f(1)=12=1f(1) = 1^2 = 1

  4. 三者相等,因此函数在 x=1x = 1 处连续

答案:函数在 x=1x = 1 处连续。

练习 14

判断函数 f(x)=x2−1x−1f(x) = \frac{x^2 - 1}{x - 1} 在 x=1x = 1 处的间断点类型。

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continuity function continuity

解题思路:计算极限并判断间断点类型。

详细步骤:

  1. 函数在 x=1x = 1 处无定义

  2. 计算极限:lim⁡x→1x2−1x−1=lim⁡x→1(x−1)(x+1)x−1=lim⁡x→1(x+1)=2\lim_{x \to 1} \frac{x^2 - 1}{x - 1} = \lim_{x \to 1} \frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x \to 1} (x+1) = 2

  3. 极限存在但不等于函数值(函数值无定义)

答案:x=1x = 1 是可去间断点。

练习 15

证明方程 cos⁡x=x\cos x = x 在 (0,1)(0, 1) 内有解。

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continuity function continuity

解题思路:利用零点定理。

详细步骤:

  1. 设 f(x)=cos⁡x−xf(x) = \cos x - x

  2. f(0)=cos⁡0−0=1>0f(0) = \cos 0 - 0 = 1 > 0

  3. f(1)=cos⁡1−1<0f(1) = \cos 1 - 1 < 0(因为 cos⁡1<1\cos 1 < 1)

  4. 函数在 [0,1][0, 1] 上连续

  5. 根据零点定理,存在 ξ∈(0,1)\xi \in (0, 1) 使 f(ξ)=0f(\xi) = 0

答案:方程在 (0,1)(0, 1) 内有解。

高级练习

练习 16

判断函数 f(x)={x2,x<00,x=0x+1,x>0f(x) = \begin{cases} x^2, & x < 0 \\ 0, & x = 0 \\ x + 1, & x > 0 \end{cases} 在 x=0x = 0 处的连续性。

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continuity function continuity

解题思路:分别计算左右极限和函数值。

详细步骤:

  1. 左极限:lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−x2=0\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^-} x^2 = 0

  2. 右极限:lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(x+1)=1\lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^+} (x + 1) = 1

  3. 函数值:f(0)=0f(0) = 0

  4. 左极限等于函数值,但不等于右极限

答案:函数在 x=0x = 0 处不连续,是跳跃间断点。

练习 17

判断函数 f(x)=e1xf(x) = e^{\frac{1}{x}} 在 x=0x = 0 处的间断点类型。

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continuity function continuity

解题思路:计算左右极限并判断。

详细步骤:

  1. 函数在 x=0x = 0 处无定义

  2. 左极限:lim⁡x→0−e1x=0\lim_{x \to 0^-} e^{\frac{1}{x}} = 0

  3. 右极限:lim⁡x→0+e1x=+∞\lim_{x \to 0^+} e^{\frac{1}{x}} = +\infty

  4. 左右极限不相等,且右极限不存在(为无穷大)

答案:x=0x = 0 是第二类间断点。

练习 18

设 f(x)f(x) 在 [a,b][a, b] 上连续,且 f(a)=f(b)f(a) = f(b),证明存在 c∈(a,b)c \in (a, b) 使 f(c)=f(a)f(c) = f(a)。

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continuity function continuity

解题思路:利用介值定理。

详细步骤:

  1. 函数 f(x)f(x) 在 [a,b][a, b] 上连续

  2. f(a)=f(b)f(a) = f(b)

  3. 对于 f(a)f(a) 和 f(b)f(b) 之间的任意值(包括 f(a)f(a) 本身),根据介值定理,存在 c∈(a,b)c \in (a, b) 使 f(c)=f(a)f(c) = f(a)

答案:存在 c∈(a,b)c \in (a, b) 使 f(c)=f(a)f(c) = f(a)。


练习建议

  1. 循序渐进:从基础概念练习开始,逐步过渡到综合练习
  2. 理解思路:不仅要会做,更要理解解题思路和方法
  3. 举一反三:掌握解题方法后,尝试解决类似的问题
  4. 查漏补缺:通过练习发现知识盲点,及时补充学习
  5. 总结归纳:将解题方法和技巧进行总结,形成自己的解题体系

重点掌握内容

连续性判定

  • 能够准确判断函数在指定点的连续性
  • 理解连续性的定义和几何意义

间断点分类

  • 能够正确识别间断点类型
  • 理解各类间断点的特征

初等函数连续性

  • 掌握初等函数连续性的基本结论
  • 能够分析复合函数的连续性

闭区间上连续函数性质

  • 理解并应用有界性定理、最值定理、介值定理、零点定理
  • 能够利用这些定理解决实际问题

Summary

本文出现的符号

符号类型读音/说明在本文中的含义
R\mathbb{R}数学符号双线体 R(Real numbers)表示实数集

中英对照

中文术语英文术语音标说明
连续性continuity/kɒntɪˈnjuːəti/函数在某点没有跳跃或断裂的性质
间断点discontinuity point/dɪskɒntɪˈnjuːəti pɔɪnt/函数在该点不连续的点
可去间断点removable discontinuity/rɪˈmuːvəbl dɪskɒntɪˈnjuːəti/极限存在但不等于函数值的间断点
跳跃间断点jump discontinuity/dʒʌmp dɪskɒntɪˈnjuːəti/左右极限存在但不相等的间断点
初等函数elementary function/elɪˈmentəri ˈfʌŋkʃən/基本初等函数经过有限次四则运算和复合得到的函数
有界性定理boundedness theorem/ˈbaʊndɪdnəs ˈθɪərəm/闭区间上连续函数必有界的定理
最值定理extreme value theorem/ɪkˈstriːm ˈvæljuː ˈθɪərəm/闭区间上连续函数必能取到最大值和最小值的定理
介值定理intermediate value theorem/ɪntəˈmiːdiət ˈvæljuː ˈθɪərəm/闭区间上连续函数能取到任意中间值的定理
零点定理zero point theorem/ˈzɪərəʊ pɔɪnt ˈθɪərəm/连续函数在端点异号时存在零点的定理

课程路线图

  1. 1

    Exploring Functions in Advanced Mathematics

    先修课程

    Functions are a core idea of advanced mathematics. This course walks through foundational concepts, key properties, and classic constants so you can read, reason, and compute with confidence.

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    Continuity in Advanced Calculus

    当前课程

    A focused guide on continuity: core definitions, types of discontinuities, and continuity of elementary functions.

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