複變函數:極限、連續與映射觀點

一致連續(uniform continuity)

普通連續是一個局部的承諾:在每一點 z_0,給定容許誤差 epsilon,你都能找到某個可用的 delta——但這 delta 被允許依賴於你身處哪一點 z_0,而且當你走進壞區域時它可能不得不縮小。一致連續是更強的、整體的承諾:單一個 delta 同時對每一點都有效:給定 epsilon,存在一個 delta,使得 |z - z'| < delta 迫使 |f(z) - f(z')| < epsilon 對集合中所有點對 z, z' 都成立,無論它們在哪裡。

這差別是真實的、值得親身體會。函數 f(z) = 1/z 在去心圓盤 0 < |z| <= 1 上每一點都連續,但在原點附近,極小的輸入變化會讓輸出劇烈擺盪,所以你需要的 delta 不斷縮小,沒有單一 delta 能服務整個集合——它連續卻不一致連續。對照 f(z) = z^2 在閉單位圓盤上,單一個 delta 確實到處都能控制變化。

招牌定理把這接回緊緻性:緊(閉且有界)集上的連續函數自動一致連續。所以在閉圓盤、閉矩形或任何圍道上,連續免費升級為一致連續。這很重要,因為一致連續正是讓積分行為良好所需的強度——以保證的誤差用黎曼和逼近圍道積分,並在日後正當化交換極限與積分。

在閉圓盤 |z| <= 1 上,f(z) = z^2 一致連續:單一個 delta 到處有效。在開的去心圓盤 0 < |z| <= 1 上,f(z) = 1/z 連續卻不一致連續,因為當你靠近原點時所需的 delta 朝 0 崩潰。

一致連續要求單一 delta 服務整個集合;緊緻性免費保證它。

一致連續確實強於連續,但唯有在非緊集上才會顯出差距。一旦你的定義域閉且有界,兩個概念便重合,這就是為什麼在圓盤或圍道上的函數很少需要親手檢查一致連續。

又称
uniformly continuous function均勻連續