闭区间上的连续函数必有最大值

如题所述

闭区间上的连续函数 ,必然有最大值和最小值。

设 f(x) 在区间 I 上有定义,如果 x_0\in I ,使对任一 x\in I ,都有 f(x)\le f(x_0)(f(x)\ge f(x_0)) 则称 f(x_0) 为 f(x) 于区间 I 上的最大(小)值。如: y=1+\sin x 在闭区间 [0,2\pi] 上有最大值 f(\frac{\pi}{2})=2 ,和最小值 f(\frac{3\pi}{2})=0 。

符号函数(戳我了解) f(x)=sgn(x) 在开区间 (-\infty,+\infty) 内有最大值 1 和最小值 -1 ,在开区间 (0,+\infty) 内的最大值和最小值都等于 1 (注意:最大值和最小值可以相等)。但是函数 f(x)=x ,在开区间 (a,b) 内既无最大值也无最小值,因为区间端点取不到。

这就是说,如果函数 f(x) 在闭区间 [a,b] 上连续,那么存在常数 M>0 ,使得对任一 x\in [a,b] ,满足 |f(x)|\le M ;且至少有一点 \xi _1 ,使 f(\xi_1) 是 f(x) 在 [a,b] 上的最大值;又至少有一点 \xi_2 ,使 f(\xi_2) 是 f(x) 在 [a,b] 上的最小值。

所以找不到一个确定的最大值和最小值。有界性与最大值最小值定理:闭区间上的连续函数在该区间上有界且一定有最大值和最小值。如果函数在开区间内连续,或函数在闭区间上有间断点,那么函数在该区间上不一定有界,也不一定有最大值和最小值。

零点定理和介值定理

如果 x_0 使 f(x_0)=0 ,则称 x_0 为函数 f(x) 的零点。

零点定理:设函数 f(x) 在闭区间 [a,b] 上连续,且 f(a) 与 f(b) 异号(即 f(a)\cdot f(b)<0 ),那么在开区间 (a,b) 内至少有一点 \xi ,使 f(\xi)=0 。

证明略,几何直观图如下所示,如果连续曲线 y=f(x) 的两个端点位于 x 轴的不同侧,那么这段曲线与 x 轴至少有一个交点 \xi 。

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