多元微分学

多元函数的连续性(continuity of several variables)

曲面 z = f(x, y) 在某点连续,意味着那里没有孔洞、没有断崖、没有突然的撕裂——你可以把手平放在它上面,而曲面不会从指尖下突然跳开。多元函数的连续性正是把这种“没有意外”的性质精确化:输入的微小变化绝不会引起输出的突然跳跃。

形式上,f 在 (a, b) 处连续,须满足三件事并彼此一致:f(a, b) 有定义;当 (x, y) -> (a, b) 时 f(x, y) 的极限存在;且该极限等于 f(a, b)。由于这里的极限是真正的二维极限,它必须沿每一条路径都相同。所以多元函数可能以一元情形不可能的方式失去连续:它在该点可以有完好的定义,却在那里没有极限,因为不同方向的趋近互相矛盾。当 f 在某区域内每一点都连续时,称它在该区域上连续。

连续性是让微积分可用的每个定理的入场券。闭有界区域上的连续函数必取得最大值与最小值(魏尔斯特拉斯定理),这正是优化能去寻找它们的依据;它可积;而连续是可微的必要(虽非充分)条件。连续函数的和、积、商(在零点之外)以及复合都连续,所以实践中你很少直接核对定义——你用连续的零件搭出连续的函数,只在分母为零或公式被拼接的特殊点上才需要担心。

定义 f(x, y) = xy / (x^2 + y^2)(当 (x, y) 不为 (0, 0))且 f(0, 0) = 0。原点处的函数值有定义,但那里的极限不存在,所以 f 在 (0, 0) 处不连续——但在其它一切处连续,因为离开原点后它是分母非零的多项式之商。

若底层极限本就不存在,在坏点上补一个值并不能创造连续性。

对每个变量分别连续(固定 y 变 x,再固定 x 变 y)远弱于联合连续——函数可以沿每条平行于坐标轴的直线都连续,却在该点不连续。务必检查真正的二元极限。

又称
multivariable continuity二元连续二元連續