嚴謹的微分理論

可微蘊含連續

如果一個圖像光滑到在某點有確定的斜率,那它在該處當然不可能有洞或跳躍——你無法把直尺斜靠在一道縫隙上。擁有導數是一個很強的條件,它免費奉送給你的第一樣東西,就是該點處的連續性。

定理:若 f 在 a 處可微,則 f 在 a 處連續。證明是極限乘積的一行話。對靠近 a 但不等於 a 的 x,寫 f(x) - f(a) = ((f(x) - f(a)) / (x - a)) * (x - a)。當 x -> a 時,第一個因子趨於 f'(a)(由可微性知為有限數),第二個因子趨於 0,故乘積趨於 0。於是 f(x) -> f(a),這正是 a 處的連續性。

這個蘊含只朝一個方向成立;它的逆命題為假。連續並不蘊含可微:f(x) = |x| 在 0 處連續卻在該處無導數,更糟的例子(處處連續、處處不可微)也存在。所以可微是連續的充分條件,但遠非必要條件,二者絕不可混為一談。

這個分解只在需要 x - a 不為 0 時有效;這沒問題,因為 a 處的連續是關於 x -> a 極限的陳述,而絕不涉及單點 x = a 本身。