단종구분

Classification of discontinuities

연속 함수는 수학, 함수 및 응용 분야에서 가장 중요합니다.그러나 모든 기능연속적인 것은 아닙니다.어떤 함수가 도메인의 한 점에서 연속적이지 않다면, 그 함수는 그 부분에 불연속성이 있다고 말할 수 있다.함수의 모든 불연속점 집합이산 집합, 조밀한 집합 또는 함수의 전체 도메인일 수 있습니다.이 글은 실수값을 취하는 단일 실수변수 함수의 가장 단순한 경우에서의 불연속성의 분류를 설명한다.

한 지점에서 함수의 진동은 이러한 불연속성을 다음과 같이 수량화합니다.

  • 분리 가능한 불연속성에서는 함수 값이 꺼지는 거리가 진동이다.
  • 점프 불연속에서 점프 크기는 진동이다(점프의 값이 양쪽 한계 사이에 있다고 가정).
  • 본질적인 불연속성에서는 발진은 존재하는 한계의 실패를 측정합니다. 한계는 일정합니다.

함수가 무한대 또는 마이너스 무한대로 분산되는 특수한 경우로, 이 경우 진동이 정의되지 않습니다(확장 실수의 경우 이는 제거 가능한 불연속성입니다).

분류

다음 각 항목에 대해 ff가 불연속인 x 정의된 변수 f\ f를고려합니다.

분리 가능한 불연속성

예 1의 함수는 분리 가능한 불연속입니다.

분할 함수를 고려합니다.

0 {}은 분리 가능한 불연속부입니다.이러한 종류의 중단의 경우:

음수 방향의 단측 한계:

및 양의 방향에서 단측 한계:
0에서 둘 다 존재하며 하며 L+. { { L= { - } = L { + } } 즉, 두 단변 한계가 존재하며 동일하므로 f) { f )의 { displaystyle fx} }(가) 존재하며 동일한 값과 같습니다.f 0) { f 실제 값이 L L 않은 경우 x 0})은 분리형 불연속이라고 불립니다.이러한 불연속성을 제거하여 f f x0 에서 연속적으로 함수로 수 있습니다.
는 x x 으로 연속됩니다 {{ x

이동식 불연속이라는 용어는 때때로 분리 가능한 특이점을 포함하도록 확장됩니다. 이 경우, 는 x0에서 정의되지 않은 반면, 양방향의 한계가 존재하며 {\0}.} 함수의[a] 연속성과 불연속성은 함수의 영역에 있는 점에만 정의되어 있는 개념이기 때문에 는 용어 남용이다

점프 불연속성

예 2의 함수는 점프 불연속입니다.

기능을 고려하다

다음, 점 0 ({}=은 점프 불연속이다.

이 경우 L-{\ L+ {\ L(는) 존재하며 유한하지만L -L+ , \L L - l L - l l style L + } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } l l } l l l } } } } 0 점프 불연속, 스텝 불연속 또는 제1종 불연속이라고 불립니다.이러한 유형의 불연속성에서는 f\는 x 0의 값을 가질 수 있습니다.

필수 불연속성

예제 3의 함수는 필수 불연속이다.

본질적인 불연속성의 경우 R {\{R에는 2개의 단측 한계 중 적어도1개가 존재하지 않습니다.(일부 또는 양쪽의 단측 한계치는 ±}).

기능을 고려하다

0 {}=1}이가) 필수 불연속입니다.

이 예에서는 L-{\ LL+ {\ L 모두 R{\에 존재하지 않으므로 필수 불연속 조건을 만족합니다. x 0 두 번째 유형의 필수 불연속, 무한 불연속 또는 불연속입니다.(이것은 복잡한 변수의 함수를 연구할 때 자주 사용되는 필수 특이점과는 다릅니다.)

f{\ f I R {\ I 정의되어 있는 함수라고가정하면의 f {\ f의 모든 불연속성D로 나타내며 R {\ 0 의미하는 것은 과 같습니다 f { x { } f { x { 0 }x f 분리 가능한 가지도록{ x { } \ inI x0 으로 된 집합을 x_이() x0에서 필수 불연속부를 0I x_ 집합은 E.)로 표시됩니다. 이때 R D = R } {\ D =R.\ J

함수의 불연속성 카운트

D의 다음 두 가지 특성(\ D 문헌과 관련이 있습니다.

Tom[3] Apostol은 부분적으로 제거와 점프 불연속만을 고려함으로써 위의 분류를 따른다.그의 목표는 주로 프로다의 정리를 증명하는 단조 함수의 불연속성을 연구하는 것이다.같은 목적을 가진[4] 월터 루딘과 칼 R.Stromberg는[5] 또한 다른 용어를 사용하여 불연속성을 제거하고 점프한다.단, 두 저자 모두 RJ(\ J 항상 카운트 가능한 세트라고 기술하고 있습니다( 참조[6][7]).

필수 불연속이라는 용어는 존 클리퍼트에 [8]의해 도입된 것으로 보인다. 를 다음과 같은 세 가지 세트로 세분하여 본질적 불연속성을 분류했습니다.

E { { E= \ E_} 0 1 0 1} x 0\ displaystyle 필수 불연속이라고 불립니다.{ E_{3}의 임의의 x 0 0}\ E_{제2종류의 필수 불연속이라고 불립니다.따라서 다음과 같이 카운트 가능한 특성을 잃지 않고 세트 R J\ R \ J 를 확대합니다.

  • R J 23 \ R \ J \ E _ { \ E _ {3은 카운트 가능합니다.

르베그 정리 다시 쓰기

I [a , { I = [ , } , { f} 가 유계 인 경우 f. { f .}의 리만 적분성 에서 집합 에 대해 잘 알려져 있습니다. 사실, 르베그 정리(Levigalg) f D{\ D(가) 르베그의 측정값이 0인 집합인 에만 I [ { I=[ 통합할 수 있는 리만입니다.

이 정리에서는 모든 유형의 불연속성에는[ b.{에서 f{\ f 적분할 수 있는 장애물에 동일한 가중치가 있는 것으로 보인다.} 카운터블 집합은 르베그 측정값 0의 집합이고, 카운터블 집합과 르베그 측정값 0의 집합은 여전히 르베그 측정값 0의 집합이기 때문에, 우리는 이것이 사실이 아님을 알게 되었다실제로 집합 J ( \ \ J \ E _ {2} \ E _ {3)의 불연속은 f f.의 리만 적분성과 관련하여 완전히 중립이며, 그 목적을 위한 주요 불연속은 본질적으로 최초의 불연속이다.em은 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

  • f {\ f 제1종 필수 불연속 중 })에 르베그의 측정값이 0인 경우에만 displaystyle f,}는 [b { [a, 통합할 수 있다.

{ \ } → \ , f : [ a , b] { \ f : [, ] \ \{} :

  • f각 지점에 오른쪽 제한이 있는 [ {\ f [ {displaystyle f}에 통합할 수 있습니다( 참조[9]).
  • f)의왼쪽이 있는 f f[ bRiemann이 통합되어
  • f{\ f [ b 조절된 함수인 f {\ f b {통합 가능한 리만입니다.

Thomae의 함수0이 아닌 모든 유리점에서 불연속적이지만 모든 비합리적인 점에서는 연속적입니다.이러한 불연속성이 모두 첫 번째 종류의 필수임을 쉽게 알 수 있다. , E_}=\ 번째 단락에서는 모든 유리점에서 연속적인 함수는 존재하지 않지만 모든 비합리적인 점에서 불연속적인 함수는 존재한다.

디리클레 함수로도 알려진 유리수의 지시 함수는 어디에서나 불연속적이다.이 불연속성들은 모두 첫번째 종류의 필수품이다.

이제 3진수 칸토어 C [0, ] { \{ \[ 0 , 1] 해당 표시기(또는 특성) 함수를 살펴보겠습니다.

Cantor C하는 가지 방법은 C n{ C}):=\ _}}입니다. 여기서 집합 C_은 반복됩니다.

1 (), {\1 불연속성을 고려하여 0 . {\이 아니라고 가정합니다.

따라서 C{\의 공식에 사용되는 Cn {\n}이 존재하며, 여기에는 x을 포함하지 즉, (\})은 n {\displaystyle x_{0의 구조에서 삭제된 열린 간격 중 하나에 속합니다 이렇게 x0(\에는 C가 없습니다.(다른 방법으로 Cdisplaystyle {C 닫힌 집합이므로 에 대해 보완적입니다)(가) 열려 있습니다). 1 x. {\ 인근에서만 값이 0으로 간주됩니다.} \ _ {(는 x 0 으로 됩니다

간격 [ 불연속부 집합D \1 C의 서브셋임을 의미합니다. {\displaystyle 설정 불가하기 입니다.u measure, D {\ D null Lebegue 측정 집합이므로 Lebegue-Vitali C{\ _ 관련하여 리만 적분 가능 함수이다.

정확히는 D 입니다 ({ D = { ). C(\displaystyle 희귀(빈 내부 닫힘) 이므로 0 인접 - 0이 없습니다.x 0 {\0}은는) C .{displaystyle 할 수 있습니다.이렇게 하면 x {\\mathcal 모든 근방에 C{\ {이 포함되지만, { 점이 되지 않습니다. {\ 에서 이는 x - (x) { _ { \1 _{\ { }의 의미입니다.((가) 존재하지 않습니다즉, 1, {\ D 입니다. 서 E1 ,{\} 에서는 1의 첫 번째 종류의 에 대한 모든 필수 불연속성의 집합을 나타냅니다 {C} {\ { } 0 x1 C

파생상품의 불연속성

R{\ I를) f: {\ f : I \F :의 도함수 I \ I I\displaystyle Idisplaystyle I\ I))입니다.

Darboux의 정리에 따르면, f: R {\ style f는 잘 알려져 있다. \에는 중간값 특성을 만족시키는 제한이 있습니다.

{\ f 간격 I {\ I에 연속될 수 있습니다. Bolzano의 정리에 따르면 연속 함수는 중간 값 속성을 만족합니다.

한편, 중간값 속성으로 인해 I I에서 불연속되는 것을 수는 없습니다.그러나 Darbous의 정리는 가질 수 있는 불연속 유형의 영향을 즉시 받습니다. x I {\I가f {\ f의 불연속점이라면 f{\ f[10] 불연속점입니다.

이는 특히 다음 두 가지 상황이 발생할 수 없음을 의미합니다.

  1. 0 f f의 분리 가능한 불연속입니다.
  2. 0 f f의 점프 불연속입니다.

또한 다음 두 가지 상황을 제외해야 합니다(John Klippert[11] 참조).

(i), (ii), (iii () 또는 (iv) 중 이 충족될 때마다 (\ I 에서 F 반파생성 F F를 소유하지 못한다는 을 내릴 수 있습니다.

한편, 함수 {\f:}에 관한 새로운 유형의 불연속성. \를) 도입할 수 있습니다.f{\ f 의 필수 불연속 x {\ I는 다음과 같은 f {\ f 기본 불연속이라고 합니다.

그리고.

x 0I {\ x_ I 미분 : I {\ f까지는 0 ff의 인 불연속입니다.

또한 I [ , { I → [ , ] } f : { f 유계함수이며, 르베그 정리 가정에서는 0µ (, b)\a 에 대해 다음과 같이 합니다.

그리고.
따라서 ff의 본질적인 불연속성은 근본적인 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 예를 들어,[1] Mathwords에서 주어진 정의의 마지막 문장을 참조하십시오.

레퍼런스

  1. ^ "Mathwords: Removable Discontinuity".
  2. ^ Stromberg, Karl R. (2015). An Introduction to Classical Real Analysis. American Mathematical Society. pp. 120. Ex. 3 (c). ISBN 978-1-4704-2544-9.
  3. ^ Apostol, Tom (1974). Mathematical Analysis (second ed.). Addison and Wesley. pp. 92, sec. 4.22, sec. 4.23 and Ex. 4.63. ISBN 0-201-00288-4.
  4. ^ Walter, Rudin (1976). Principles of Mathematical Analysis (third ed.). McGraw-Hill. pp. 94, Def. 4.26, Thms. 4.29 and 4.30. ISBN 0-07-085613-3.
  5. ^ Stromberg, Karl R. Op. cit. pp. 128, Def. 3.87, Thm. 3.90.
  6. ^ Walter, Rudin. Op. cit. pp. 100, Ex. 17.
  7. ^ Stromberg, Karl R. Op. cit. pp. 131, Ex. 3.
  8. ^ Klippert, John (February 1989). "Advanced Advanced Calculus: Counting the Discontinuities of a Real-Valued Function with Interval Domain". Mathematics Magazine. 62: 43–48. doi:10.1080/0025570X.1989.11977410 – via JSTOR.
  9. ^ Metzler, R. C. (1971). "On Riemann Integrability". American Mathematical Monthly. 78 (10): 1129–1131. doi:10.1080/00029890.1971.11992961.
  10. ^ Rudin, Walter. Op.cit. pp. 109, Corollary.
  11. ^ Klippert, John (2000). "On a discontinuity of a derivative". International Journal of Mathematical Education in Science and Technology. 31:S2: 282–287.

원천

  • Malik, S.C.; Arora, Savita (1992). Mathematical Analysis (2nd ed.). New York: Wiley. ISBN 0-470-21858-4.

외부 링크