いろいろな連続の定義

 


1. limによる連続関数の定義

limによる連続の定義
c とその周りで定義されている関数 f(x) において, \lim_{x\longrightarrow c}f(x) = f(c) であるとき, f(x) は点 c で連続であるという.

 

連続関数の定義
区間 I で定義された関数 f(x) が任意の点 c\in I で連続であるとき, f(x) を連続関数という.

 


2. \varepsilon-\delta 論法による連続関数の定義

\varepsilon-\delta 論法による連続の定義
c とその周りで定義されている関数 f(x) において, \forall \varepsilon >0 ,\ \exists \delta >0\ s.t.\ |x-c|<\delta \Longrightarrow |f(x)-f(c)|<\varepsilon であるとき, f(x) は点 c で連続であるという.

 

連続関数の定義
区間 I で定義された関数 f(x) が任意の点 c\in I で連続であるとき, f(x) を連続関数という.

 


3. \varepsilon-\delta 論法による一様連続の定義

\varepsilon-\delta 論法による一様連続の定義
区間 I で定義されている関数 f(x) において,
\forall \varepsilon >0 ,\ \exists \delta >0\ s.t.\ \forall x_1,x_2 \in I,\ |x_1-x_2|<\delta \Longrightarrow |f(x_1)-f(x_2)|<\varepsilon
であるとき, f(x) は区間 I で一様連続であるという.


一様連続は雑に説明すると,微分が発散しない関数のことです.

例えば, f(x)=\tan x\ \ (\pi /2 < x < \pi /2) g(x)=1/x\ \ (0 < x < \infty) は一様連続ではありません.

一様連続の定理
区間 I で定義された関数 f(x) が一様連続であるとき, f(x) は区間 I で連続となる. 逆は必ずしも成り立たないが,区間 I が閉区間であるとき,連続関数 f(x) は一様連続となる.

  


4. \varepsilon-\delta 論法による(距離空間での)連続写像の定義

距離の定義
集合 X に対して,写像 d:X \times X \longrightarrow \mathbb{R} が次の性質を満たすとき, d を距離という.
(i) 任意の x,y\in X に対して, d(x,y) は負でない実数である.
(ii) x,y\in X に対して, d(x,y)=0 となるのは x=y のときのみ.
(iii) 任意の x,y\in X に対して, d(x,y)=d(y,x) である.
(iv) 任意の x,y,z\in X に対して, d(x,z)\leq d(x,y)+d(y,z)

 

距離の例
x,y\in \mathbb{R}^n を, x=(x_1,…x_n),\ y=(y_1,…,y_n) とかくとき, d_1(x,y) = \sqrt{\sum_{i=1}^n (x_i-y_i)^2} d_2(x,y) =\sum_{i=1}^n|x_i-y_i| d_3(x,y) =\max_{i=1,…,n}|x_i-y_i| は,それぞれ距離となる.


この距離が定義された集合を距離空間と呼びます.

ここで,次のような X の部分集合を考えます.

B^X(a;r) = \{x\in X\ |\ d(a,x)<r\} \quad (a\in X,\ r\in \mathbb{R})

この集合は表面のないボールや,縁のない円盤のようなもので,開球体や,開円盤と呼ばれます.このとき,開球体を用いて,写像の連続性を次のように定義します.

\varepsilon-\delta 論法による(距離空間での)連続の定義
X,Y が距離空間であって,次が成り立つとき,写像 f:X\longrightarrow Y は点 a \in X で連続であるという. \forall \varepsilon >0,\ \exists \delta >0\ \ s.t.\ \ f(B^X(a;\delta))\subset B^Y(f(a);\varepsilon))

 

(距離空間での)連続写像の定義
写像 f:X\longrightarrow Y が任意の点 a\in X で連続であるとき, f を連続写像という.

 


5. 位相空間での連続写像の定義

位相空間での連続写像の定義
2 つの位相空間 (S,\mathcal{O}),\ (S’,\mathcal{O}’) があるとき,写像 f:S\longrightarrow S’ が連続であるとは, O’\in \mathcal{O}’ \Longrightarrow f^{-1}(O’)\in \mathcal{O} となることである.


一様連続の定義を除いて,定義は上から下にかけて,一般化・抽象化されています.

 

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