高數書解答看不懂,求教一道基礎的導函數連續題?

設f(x)在(a,b)內可導,且f"(x)單調,求證:f"(x)在(a,b)內連續。

最好不要簡單地說是洛必達法則之類的,希望能指點導函數單調的條件怎麼用。如果有思路過程更好。謝大神。。


借題主這道題來鞏固一下微積分基本功……

題主想要證明的命題,其實是下面這個命題的一個推論:

命題1:在一個開區間上處處可導的函數,其導函數不可能有第一類間斷點。

第一類間斷點,指的是雙側極限都存在,但極限不相等,或相等但不等於該點處函數值的間斷點。

與此相對的第二類間斷點,指的是至少一側極限不存在或為無窮的間斷點。

上面這個命題換句話說,則是:

命題2:若導函數在某點有單側極限,且原函數在此點有同側導數,則二者必相等。

題主的題目中,導函數的單調性保證了其單側極限存在(單調有界必有極限),所以只要能證明命題2,就能立即得到題主要證的結論。

而命題2可以這樣證明:

設在點c處導函數的單側(不妨取右側)極限為A,即lim_{x 
ightarrow c^+} f

又設原函數在點c處的同側導數為B,即f

由極限和導數的定義,forall , varepsilon > 0exists , delta>0,使得forall , x in (c, c+delta),下面兩式同時成立:

  • |f

  • left| frac{f(x)-f(c)}{x-c} - B 
ight| < varepsilon

由拉格朗日中值定理,存在y in (c,x),滿足f,故有|f

而又因為y in (c,c+delta),所以|f

由上面兩式得|A-B| < 2varepsilon。而varepsilon是任意小的正數,所以A=B

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命題1說,導函數可以具有第二類間斷點。

其實,利用與上面證明類似的方法,可以證明,若原函數在某點單側可導,則導函數在此點的同側極限不可能為無窮。

所以其實命題1可以更嚴格地表述為:

命題3:在一個開區間上處處可導的函數,若其導函數有間斷點,則導函數在此間斷點兩側的極限一定都不存在,且非無窮。

極限不存在且非無窮的典型例子就是振蕩。

導函數具有振蕩間斷點的一個經典例子是f(x) = egin{cases} x^2 sin frac1x  x
eq 0\ 0  x=0 end{cases}

這個函數處處可導,在x=0處導數為0,但其導函數fx=0兩側都是振蕩的。


用Darboux導數介值定理


這個命題本身有問題吧,可能震蕩


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