严格的微分理论

可微蕴含连续

如果一个图像光滑到在某点有确定的斜率,那它在该处当然不可能有洞或跳跃——你无法把直尺斜靠在一道缝隙上。拥有导数是一个很强的条件,它免费奉送给你的第一样东西,就是该点处的连续性。

定理:若 f 在 a 处可微,则 f 在 a 处连续。证明是极限乘积的一行话。对靠近 a 但不等于 a 的 x,写 f(x) - f(a) = ((f(x) - f(a)) / (x - a)) * (x - a)。当 x -> a 时,第一个因子趋于 f'(a)(由可微性知为有限数),第二个因子趋于 0,故乘积趋于 0。于是 f(x) -> f(a),这正是 a 处的连续性。

这个蕴含只朝一个方向成立;它的逆命题为假。连续并不蕴含可微:f(x) = |x| 在 0 处连续却在该处无导数,更糟的例子(处处连续、处处不可微)也存在。所以可微是连续的充分条件,但远非必要条件,二者绝不可混为一谈。

这个分解只在需要 x - a 不为 0 时有效;这没问题,因为 a 处的连续是关于 x -> a 极限的陈述,而绝不涉及单点 x = a 本身。