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数学

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闭区间连续函数有界的证明过程中已经找到了矛盾的区间 U(c,η),为什么后续还要找闭区间[am,bm]? - V2EX
huzhikuizainali · 2025-02-06 · via 数学

这是一个创建于 493 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

以下截图出自《数学分析新讲》第一册 P114 。问题在截图下方


证明过程中通过不断缩小无界闭区间套,已经导出了在 U(c,η)内有界了。而 U(c,η)又是包含在不断缩小的闭区间套[an,bn]中,自然包括在区间[a,b]内的。那么此时已经出现了矛盾。因此连续函数在区间[a,b]就不可能无界了。

后面为什么还要进一步在 U(c,η)内寻找闭区间套[am,bm]来证明矛盾呢?

此外,如果我用上面的证明逻辑来证明连续函数在开区间(a,b)有界,会在哪一步失败呢?(我知道这个命题不成立,因为 y=1/x 可以证否该命题。但是我想通过该命题进一步理解书中证明方法!)

请不要提供 gpt 的回答,十分感谢!

Rang666

1

Rang666      2025 年 2 月 6 日 via Android

你这只是证了 u 在 ab 区间内,不代表有一个更小的 ab 区间能嵌在 u 内,还有就是你能证明无限多个 u 一定能覆盖住最大的 ab 区间吗

对你后面给的那个你 u 有界也没法覆盖到 0 不是

huzhikuizainali

2

huzhikuizainali      2025 年 2 月 6 日

@Rang666 U 是层层缩小的闭区间套筛选出来的“无界”区间,在 U(c,η)属于[a,b],同时 U(c,η)既有界又无界已经足够到处矛盾了吧?

我不太明白你说的“不代表有一个更小的 ab 区间能嵌在 u 内”的意思。----为什么要找一个更小的 ab 区间嵌在 u 内?这么做的目的是什么?

还有,似乎不需要“证明无限多个 u 一定能覆盖住最大的 ab 区间”,因为哪些被筛选掉的区间,已经是有界区间了!因此才被筛选掉

“u 有界也没法覆盖到 0 不是”。我不明白覆盖到 0 是什么意思?为什么要覆盖到 0 ?

Rang666

3

Rang666      2025 年 2 月 6 日 via Android

@huzhikuizainali 筛选掉的不一定是有界的,至少有一个是无界的(证明第 4 行)

U 是有界的不能证明 U 外面就是无界或有界的,只能证明 U 内部肯定是有界的,所以必须要有一个更小的区间在 U 里面达成矛盾,前面的证明只是说有这么一个 U 存在,但是不能说明 ab 能精确到 U 内部,所以要构建出来能达到 U 内部的

U 覆盖到 0 那块是说你在 1/x 那个,U 永远有界,但是要在连续的闭区间内,0 不可能在 U 里面,你那个开区间就有可能是无界的,因为不连续了或者没定义了,没法说 U(0,delta)是有界的

huzhikuizainali

4

huzhikuizainali      2025 年 2 月 6 日

@Rang666 谢谢你的回复

筛选掉的不一定是有界的,至少有一个是无界的(证明第 4 行) U 是有界的不能证明 U 外面就是无界或有界的,----------同意你的说法。可以套用以上证明逻辑对每个闭区间套的“分支”进行证明。最终可以证明点 c1 ,c2 c3…………的邻域内都是有界的。最终证明[a,b]都是有界的。

只能证明 U 内部肯定是有界的,所以必须要有一个更小的区间在 U 里面达成矛盾,前面的证明只是说有这么一个 U 存在,但是不能说明 ab 能精确到 U 内部,所以要构建出来能达到 U 内部的-----------这个没理解你因果逻辑。为什么“只能……肯定是有界的” ,导出“所以……达成矛盾”?

Rang666

5

Rang666      2025 年 2 月 6 日 via Android

@huzhikuizainali U 是根据上面推出来存在这么一个区间是有界的,但是 U 在 ab 里面,假设是 an bn ,你不能保证[an bn]/U 是有界的,就还没达成矛盾,但是如果有这么一个[am bm]在 U 里面,然后根据构建[am bm]是无界的,但是 U 又是有界的,就达成矛盾了

lance6716

7

lance6716      2025 年 2 月 7 日 via Android

> U 是层层缩小的闭区间套筛选出来的“无界”区间,在 U(c,η)属于[a,b],同时 U(c,η)既有界又无界已经足够到处矛盾了吧?

邻域 U 是从点 C 得到的,跟区间 ab 没有直接关系。截图中的取 m 是一种让它们建立联系的办法。先建立联系,才能发现矛盾

zizon

8

zizon      2025 年 2 月 7 日

1. c 连续推出 U 有界是根据最开始的命题.
2. 此时只证明了 c 同时是一个有界区间和无界区间的点,并不证明 c yita 属于这个无界集合.

3. 后续的 m 推导是利用这 c 和 yita 这个有界区间 内 存在前述的一个无界区间. 也就是 f [a_m,b_m] unbounded 的同时,又<=K bounded

necomancer

9

necomancer      2025 年 2 月 11 日

“而 U(c,η)又是包含在不断缩小的闭区间套[an,bn]中”,这句话不对。没有任何地方说了这个结论,这个是你自己理解错了。
开区间不行是因为闭区间套定理,简单说就是[an,bn]当 an,bn 同极限的时候,这个闭区间套最后就是这个极限。形象理解一下的话就是开区间不行,比如 (0,1/2^n),这个东西到最后是空集。[0,1/2^n]最后是 0 。带到证明过程里就是开区间没有那个 c 了。

huzhikuizainali

10

huzhikuizainali      2025 年 2 月 12 日 via iPad

@necomancer 谢谢你的回复。我说一下我的想法,烦请你指出哪里错了。
1 ,而 U(c,η)又是包含在不断缩小的闭区间套[an,bn]中———这句话我说的确实不对。
2 ,证明过程确实使用了闭区间套!但是闭区间套作为工具仅限于根据初始假设找到无界点 c 。找到点 c 以后,我认为闭区间套的任务就完成了。
3 ,当证明过程说出“因为函数 f 在点 c 连续”这句话时。根据连续函数局部有界性,函数在 U(c,η)有界——>函数在点 c 有界。这与闭区间套推出在点 c 无界矛盾。证毕。

yxd19

11

yxd19      2025 年 2 月 21 日

@huzhikuizainali 在一个点上无界是什么意思?没有这样的定义吧。闭区间套推出的只有「存在任意短的覆盖点 c 的区间,f 在这个区间上无界」,这也就是后面所说的在 U(c, eta)内部找[a_m, b_m]的过程。