‹-- Назад

Свойства функций, непрерывных в точке

Поскольку точки $ x_0$ непрерывности функции $ f(x)$ задаются условием $ \lim\limits_{x\to x_0}f(x)=f(x_0)$, то часть свойств функций, непрерывных в точке $ x_0$, следует непосредственно из свойств пределов. Сформулируем их в виде следующей теоремы.

        Теорема 3.1   Пусть функции $ f(x)$ и $ g(x)$ непрерывны в точке $ x_0$. Тогда функции $ h_1(x)=f(x)+g(x)$, $ h_2(x)=f(x)-g(x)$, $ h_3(x)=f(x)g(x)$ непрерывны в точке $ x_0$. Если $ g(x_0)\ne0$, то функция $ h_4(x)=\dfrac{f(x)}{g(x)}$ также непрерывна в точке $ x_0$.

        Доказательство.     Оно сразу же следует из теорем о пределах 2.8, 2.9, 2.10 и следствия 2.5.     

Как непосредственное следствие этой теоремы получается следующее

        Предложение 3.3   Рассмотрим множество всех функций, определённых в некоторой фиксированной окрестности $ (x_0-{\delta};x_0+{\delta})$ точки $ x_0$ и непрерывных в этой точке. Тогда это множество $ \mathcal{C}_{x_0}$ является линейным пространством, то есть замкнуто относительно сложения и умножения на постоянные:

$\displaystyle f_1(x),f_2(x)\in\mathcal{C}_{x_0}, C_1,C_2=\mathrm{const}\quad\Longrightarrow \quad
C_1f_1(x)+C_2f_2(x)\in\mathcal{C}_{x_0}.$

        Доказательство.     Действительно, постоянные $ C_1$ и $ C_2$ -- это непpеpывные функции (в любой точке); по пpедыдущей теоpеме тогда непpеpывны в точке $ x_0$ пpоизведения $ C_1f_1(x)$ и $ C_2f_2(x)$. Но тогда по этой же теоpеме непpеpывна в точке $ x_0$ и сумма $ C_1f_1(x)+C_2f_2(x)$.     

        Теорема 3.2   Пусть функции $ f$ и $ g$ таковы, что существует композиция $ {h(x)=(f\circ g)(x)=f(g(x))}$, $ x\in\mathcal{D}(g)$. Пусть функция $ g$ непрерывна в точке $ x_0\in\mathcal{D}(g)$, а функция $ f$ непрерывна в соответствующей точке $ u_0=g(x_0)\in\mathcal{D}(f)$. Тогда композиция $ h=f\circ g$ непрерывна в точке $ x_0$.

        Доказательство.     Заметим, что равенство $ \lim\limits_{x\to x_0}g(x)=g(x_0)$ означает, что при $ x\to x_0$ будет $ u=g(x)\to u_0=g(x_0)$. Значит,

$\displaystyle \lim_{x\to x_0}h(x)=\lim_{x\to x_0}f(g(x))=\lim_{u\to u_0}f(u)=f(u_0)$

(последнее равенство следует из непрерывности функции $ f$ в точке $ u_0$). Значит,

$\displaystyle \lim_{x\to x_0}h(x)=f(u_0)=f(g(x_0))=h(x_0),$

а это равенство означает, что композиция $ h=f\circ g$ непрерывна в точке $ x_0$.     

Заметим, что, очевидно, в предыдущих двух теоремах можно было бы заменить базу $ x\to x_0$ на односторонние базы $ x\to x_0-$ или $ x\to x_0+$ и получить аналогичные утверждения для непрерывности слева или справа:

        Теорема 3.3   Пусть функции $ f(x)$ и $ g(x)$ непрерывны слева (справа) в точке $ x_0$. Тогда функции $ h_1(x)=f(x)+g(x)$, $ h_2(x)=f(x)-g(x)$, $ h_3(x)=f(x)g(x)$ непрерывны слева (соотв. справа) в точке $ x_0$. Если $ g(x_0)\ne0$, то функция $ h_4(x)=\dfrac{f(x)}{g(x)}$ также непрерывна слева (спpава) в точке $ x_0$.    

        Теорема 3.4   Пусть функция $ g(x)$ непрерывна слева (справа) в точке $ x_0$, а функция $ f(u)$ непрерывна в точке $ u_0=g(x_0)$. Тогда композиция $ h=f\circ g$ непрерывна слева (соотв. справа) в точке $ x_0$.