多元函式在有界閉區域內的有界性怎麼理解?

時間 2021-05-31 19:23:29

1樓:

「怎麼理解」……我不知道你是想表達什麼……

你要問多元函式在有界閉區域內為什麼是有界的,那隨便什麼高數或者數分教科書上都是有證明的。而且由於函式的有界性與它所定義的集合的序結構無關(單調性之類的則不同),所以直接把一元函式在閉區間內的有界性的證明過程照搬其實就差不多了。

你要問本質的話,這個定理的本質是,如果對映 是把度量空間 映入 (可推廣到 乃至更一般的度量空間和豪斯多夫空間)的連續對映, 是 的乙個緊緻的子集,那麼它的像 也是緊緻的.

而其本質上的原因則是:歐氏空間中,列緊集、緊緻集和有界閉集是等價的.

對於這個問題本身,我給出兩種常見證明方法:

設某個多元函式 定義在有界閉域 上,並且連續

(一)波爾查諾-魏爾斯特拉斯定理

假設 無上界,則對每個 ,存在點 ,使得 n" eeimg="1"/>

這樣可以得到乙個有界點列

Bolzano-Weierstrass定理(不同書上又稱列緊性定理緻密性定理

這個點列一定含有收斂子列 ,設

由於 是閉集,從而

又由Heine歸結原則,有

而由 n" eeimg="1"/>,可得 k_\geq n" eeimg="1"/>

從而 矛盾

故而 在 上有上界,同理可證, 在 上有下界

從而 在 上有界

(二)海涅-博雷爾-勒貝格定理

是 上的連續函式,由連續函式的區域性有界性

在任意點 連續,則它在此點的某個鄰域 上有界

對於任意一點 ,都存在這樣的鄰域

在集合 上,存在正數 ,使得

對一切點 所構造的所有這樣的鄰域 ,它們全體組成了有界閉集 的乙個開覆蓋

Heine-Borel-Lebesgue定理(又稱有限覆蓋定理

這個開覆蓋中一定能選出有限個開集作為 的乙個有限子覆蓋

這有限個開集 覆蓋了

並且存在正數 ,使得對一切 ( )

有 ( )

令 對一切 , 必屬於某個

則 可得 在 上有界

這個定理又稱作Weierstrass第一定理

更進一步還能證明, 可以在 上取得最大值和最小值

這個又稱作Weierstrass第二定理

在有界閉區域上連續的多元函式一定有最大值和最小值是否正確?

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