อ่าน 11 นาที
การจำแนกประเภทของความไม่ต่อเนื่อง
แม้ว่า ฟังก์ชันต่อเนื่อง จะมีความสำคัญใน ทางคณิตศาสตร์ แต่ไม่ใช่ว่าทุก ฟังก์ชัน จะต่อเนื่องเสมอไป หากฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องที่ จุดลิมิต (หรือเรียกว่า "จุดสะสม" หรือ "จุดรวม") ของ...
การจำแนกประเภทของความไม่ต่อเนื่อง
แม้ว่าฟังก์ชันต่อเนื่องจะมีความสำคัญในทางคณิตศาสตร์แต่ไม่ใช่ว่าทุกฟังก์ชันจะต่อเนื่องเสมอไป หากฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องที่จุดลิมิต (หรือเรียกว่า "จุดสะสม" หรือ "จุดรวม") ของโดเมน ฟังก์ชันนั้น จะมีจุดไม่ต่อเนื่องณ จุดนั้นเซตของจุดไม่ต่อเนื่องทั้งหมดของฟังก์ชันอาจเป็นเซตแบบแยกส่วน เซต แบบหนาแน่นหรือแม้กระทั่งโดเมนทั้งหมดของฟังก์ชันก็ได้
ในการวิเคราะห์เชิงจริง เบื้องต้น ความไม่ต่อเนื่องของฟังก์ชันจริงของตัวแปรจริงตัวเดียว มักถูกจำแนกตามพฤติกรรมของลิมิตด้านเดียว แม้ว่าการจำแนกประเภทนี้จะไม่เป็นมาตรฐานอย่างสมบูรณ์ แต่การแบ่งประเภททั่วไปคือ ความไม่ต่อเนื่องประเภทแรก ซึ่งมีลิมิตด้านเดียวที่เกี่ยวข้องอยู่ และความไม่ต่อเนื่องประเภทที่สอง ซึ่งอย่างน้อยหนึ่งลิมิตด้านเดียวไม่มีอยู่หรือเป็นอนันต์ กรณีพิเศษ ได้แก่ความไม่ต่อเนื่องที่ขจัดออกได้และ ความไม่ต่อเนื่อง แบบ กระโดด
การจำแนกประเภท
สำหรับแต่ละข้อต่อไปนี้ ให้พิจารณาฟังก์ชันค่าจริง ของตัวแปรจริงที่กำหนดไว้ในบริเวณใกล้เคียงจุดที่ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่อง
ความไม่ต่อเนื่องที่สามารถถอดออกได้

พิจารณาฟังก์ชัน แบบแบ่งช่วง
ประเด็นคือความไม่ต่อเนื่องที่สามารถแก้ไขได้สำหรับความไม่ต่อเนื่องประเภทนี้:
ลิมิตด้านเดียวจากทิศทางลบ: และลิมิตด้านเดียวจากทิศทางบวก: ที่ทั้งสองมีอยู่จริง มีค่าจำกัด และเท่ากับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เนื่องจากลิมิตด้านเดียวทั้งสองมีอยู่จริงและเท่ากัน ดังนั้นลิมิตของเมื่อเข้าใกล้ จึงมีอยู่จริงและเท่ากับค่าเดียวกันนี้ หากค่าจริงของไม่เท่ากับแล้วเรียกว่าความไม่ต่อเนื่องที่สามารถแก้ไขได้ความไม่ต่อเนื่องนี้สามารถแก้ไขให้มีความต่อเนื่องที่หรือกล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นคือ ฟังก์ชัน มีความต่อเนื่องที่
บางครั้ง คำว่า " ความไม่ต่อเนื่องที่ขจัดออกได้"จะถูกขยายความให้รวมถึง " ความเอกฐานที่ขจัดออกได้"ซึ่งลิมิตในทั้งสองทิศทางมีอยู่และเท่ากัน ในขณะที่ฟังก์ชันไม่นิยามที่จุด[ a ]การใช้แบบนี้เป็นการใช้คำศัพท์ในทางที่ผิดเพราะความต่อเนื่องและความไม่ต่อเนื่องของฟังก์ชันเป็นแนวคิดที่นิยามไว้เฉพาะสำหรับจุดในโดเมนของฟังก์ชันเท่านั้น
ความไม่ต่อเนื่องแบบกระโดด

พิจารณาฟังก์ชัน
ดังนั้น ประเด็นก็คือความไม่ต่อเนื่อง แบบ กระโดด
ในกรณีนี้ ลิมิตเดี่ยวไม่มีอยู่จริง เพราะลิมิตด้านเดียวและมีอยู่และมีค่าจำกัด แต่ไม่เท่ากัน: ดังนั้นลิมิตจึงไม่มีอยู่จริง ดังนั้น จึงเรียกว่า การไม่ต่อเนื่อง แบบกระโดดการไม่ต่อเนื่องแบบขั้นบันไดหรือการไม่ต่อเนื่องชนิดที่หนึ่งสำหรับการไม่ต่อเนื่องประเภทนี้ ฟังก์ชันอาจมีค่าใดก็ได้ที่
ความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญ

สำหรับความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญ อย่างน้อยหนึ่งในสองลิมิตด้านเดียวจะไม่มีอยู่ใน(โปรดสังเกตว่าลิมิตด้านเดียวหนึ่งหรือทั้งสองอาจเป็น)
พิจารณาฟังก์ชัน
ดังนั้น ประเด็นก็คือความไม่ต่อเนื่อง ที่ สำคัญ
ในตัวอย่างนี้ ทั้งและ ไม่มีอยู่ในดังนั้นจึงตรงตามเงื่อนไขของความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญ ดังนั้น จึงเป็นความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญ ความไม่ต่อเนื่องอนันต์ หรือความไม่ต่อเนื่องประเภทที่สอง (ซึ่งแตกต่างจากภาวะเอกฐานที่สำคัญซึ่งมักใช้เมื่อศึกษาฟังก์ชันของตัวแปรเชิงซ้อน )
การนับจุดไม่ต่อเนื่องของฟังก์ชัน
สมมติว่าเป็นฟังก์ชันที่กำหนดบนช่วงเราจะใช้สัญลักษณ์ แทนเซตของจุดไม่ต่อเนื่องทั้งหมดของบนช่วงนั้นเราจะใช้สัญลักษณ์ แทนเซตของค่าทั้งหมดที่ทำให้ มี จุดไม่ ต่อเนื่องที่สามารถแก้ไขได้ณ จุดนั้น ใน ทำนองเดียวกันเราจะใช้สัญลักษณ์ แทนเซตของค่าทั้งหมดที่ทำให้ มี จุดไม่ต่อเนื่องแบบ กระโดดณ จุดนั้นเซตของค่าทั้งหมดที่ทำให้มี จุดไม่ต่อเนื่อง ที่สำคัญณ จุดนั้นจะใช้สัญลักษณ์ แทนแน่นอนว่า จากนั้น
คุณสมบัติสองประการต่อไปนี้ของเซตมีความเกี่ยวข้องในวรรณกรรม
- เซตคือเซตเซตของจุดที่ฟังก์ชันมีความต่อเนื่องจะเป็นเซต เสมอ (ดู[ 2 ] )
- ถ้าช่วงนั้นเป็นฟังก์ชันเอกพันธุ์ แล้ว จำนวนเต็ม จะเป็นจำนวนนับได้มากที่สุดและนี่คือทฤษฎีบทของโฟรดา
Tom Apostol [ 3 ]ปฏิบัติตามการจำแนกประเภทข้างต้นบางส่วนโดยพิจารณาเฉพาะความไม่ต่อเนื่องที่ขจัดออกได้และความไม่ต่อเนื่องแบบกระโดดเท่านั้น วัตถุประสงค์ของเขาคือการศึกษาความไม่ต่อเนื่องของฟังก์ชันโมโนโทน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีบทของ Froda ด้วยจุดประสงค์เดียวกัน Walter Rudin [ 4 ]และ Karl R. Stromberg [ 5 ]ก็ศึกษาความไม่ต่อเนื่องที่ขจัดออกได้และความไม่ต่อเนื่องแบบกระโดดเช่นกันโดยใช้คำศัพท์ที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนทั้งสองยังระบุเพิ่มเติมว่าเป็นเซตที่นับได้เสมอ (ดู[ 6 ] [ 7 ] )
คำว่า " ความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญ"มีหลักฐานการใช้งานในบริบททางคณิตศาสตร์ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2432 [ 8 ]อย่างไรก็ตาม การใช้คำนี้พร้อมกับคำจำกัดความทางคณิตศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุดดูเหมือนจะปรากฏในงานของ John Klippert [ 9 ]ในนั้น Klippert ยังได้จำแนกความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญโดยแบ่งเซตออกเป็นสามเซตดังต่อไปนี้:
แน่นอนว่า " เมื่อใดก็ตามที่" เรียกว่าความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญประเภทแรก ส่วน "ใดๆ" เรียกว่าความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญประเภทที่สองดังนั้น เขาจึงขยายเซตโดยไม่สูญเสียคุณลักษณะของการนับได้ โดยกล่าวดังต่อไปนี้:
- เซตนี้สามารถนับได้
การเขียนทฤษฎีบทของเลเบสใหม่
เมื่อและเป็นฟังก์ชันที่มีขอบเขตเป็นที่ทราบกันดีถึงความสำคัญของเซตในแง่ของการหาปริพันธ์แบบ รีมันน์ ของในความเป็นจริงทฤษฎีบทของเลเบส (หรือที่เรียกว่าทฤษฎีบทเลเบส-วิทาลี ) กล่าวว่าสามารถหาปริพันธ์แบบรีมันน์ได้บนก็ต่อเมื่อเป็นเซตที่มีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์
ในทฤษฎีบทนี้ดูเหมือนว่าความไม่ต่อเนื่องทุกประเภทจะมีน้ำหนักเท่ากันในการขัดขวางไม่ให้ฟังก์ชันที่มีขอบเขตสามารถหาปริพันธ์แบบรีมันน์ได้เนื่องจากเซตที่นับได้คือเซตที่มีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์ และการรวมกันของเซตที่นับได้ซึ่งมีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์ก็ยังคงเป็นเซตที่มีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์ เราจึงเห็นว่านี่ไม่ใช่กรณีดังกล่าว ในความเป็นจริง ความไม่ต่อเนื่องในเซตนั้นเป็นกลางอย่างสมบูรณ์ในแง่ของการหาปริพันธ์แบบรีมันน์ได้ ความไม่ต่อเนื่องหลักสำหรับจุดประสงค์นั้นคือความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญประเภทแรก และด้วยเหตุนี้ ทฤษฎีบทเลเบส-วิทาลีจึงสามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้:
- ฟังก์ชันที่มีขอบเขตสามารถหาปริพันธ์แบบรีมันน์ได้บนก็ต่อเมื่อเซตที่สอดคล้องกันของความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญทั้งหมดชนิดแรกของมีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์
กรณีที่สอดคล้องกับสถานการณ์เสริมแบบคลาสสิกที่เป็นที่รู้จักกันดีต่อไปนี้ของการหาปริพันธ์แบบรีมันน์ของฟังก์ชันที่มีขอบเขต:
- ถ้าลิมิตด้านขวาอยู่ที่แต่ละจุดของจะสามารถหาปริพันธ์รีมันน์ได้บน(ดู[ 10 ] )
- ถ้าลิมิตซ้ายอยู่ที่แต่ละจุดของแล้วจะสามารถหาปริพันธ์รีมันน์ได้บน
- ถ้าเป็นฟังก์ชันที่มีการควบคุมบนแล้วจะสามารถหาปริพันธ์แบบรีมันน์ได้บน
ตัวอย่าง
ฟังก์ชันของ Thomaeไม่ต่อเนื่องที่จุดตรรกยะ ที่ไม่เป็นศูนย์ทุกจุด แต่ต่อเนื่องที่ จุด อตรรกยะ ทุก จุด จะเห็นได้ง่ายว่าความไม่ต่อเนื่องเหล่านั้นสามารถกำจัดออกได้ทั้งหมด จากย่อหน้าแรก ไม่มีฟังก์ชันใดที่ต่อเนื่องที่ จุด ตรรกยะ ทุก จุด แต่ไม่ต่อเนื่องที่จุดอตรรกยะทุกจุด
ฟังก์ชันตัวบ่งชี้ของจำนวนตรรกยะ หรือที่รู้จักกันในชื่อฟังก์ชัน Dirichletนั้นไม่ต่อเนื่องทุกที่ความไม่ต่อเนื่องเหล่านี้ล้วนเป็นความไม่ต่อเนื่องประเภทแรกที่สำคัญเช่นกัน
พิจารณาเซตแคนเตอร์ แบบไตรภาค และฟังก์ชันตัวบ่งชี้ (หรือฟังก์ชันลักษณะเฉพาะ) ของมัน วิธีหนึ่งในการสร้างเซตแคนเตอร์คือ โดยที่เซตต่างๆได้มาจากความสัมพันธ์เวียนเกิดตาม
เนื่องจากฟังก์ชันมีความไม่ต่อเนื่องเราจึงสมมติจุดหนึ่งขึ้นมา
ดังนั้นจึงมีเซตที่ใช้ในการกำหนดสูตรของซึ่งไม่มีนั่นคือเป็นส่วนหนึ่งของช่วงเปิดช่วงใดช่วงหนึ่งที่ถูกตัดออกไปในการสร้าง ด้วยวิธีนี้ จึงมีบริเวณใกล้เคียงที่ไม่มีจุดของ(ในอีกวิธีหนึ่ง ข้อสรุปเดียวกันนี้ก็ได้มาจากการพิจารณาว่าเป็นเซตปิดและส่วนเติมเต็มของมันเมื่อเทียบกับเป็นเซตเปิด) ดังนั้นจึงมีค่าเป็นศูนย์เฉพาะในบริเวณใกล้เคียงบางแห่งของ เท่านั้นดังนั้นจึงมีความต่อเนื่องที่
นี่หมายความว่าเซตของจุดไม่ต่อเนื่องทั้งหมดของบนช่วงเป็นเซตย่อยของเนื่องจากเป็นเซตที่นับไม่ได้ซึ่งมีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์ดังนั้น จึงเป็นเซตที่มีมาตรวัดเลเบสเป็นศูนย์เช่นกัน และด้วยเหตุนี้ ในแง่ของทฤษฎีบทเลเบส-วิทาลี จึง เป็นฟังก์ชันที่สามารถหาปริพันธ์แบบรีมันน์ได้
กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นคือในความเป็นจริง เนื่องจากเป็นเซตที่ไม่หนาแน่น ถ้าเช่นนั้นไม่มีย่านใกล้ เคียงใด ของที่สามารถบรรจุอยู่ใน ได้ ด้วยวิธีนี้ ย่านใกล้เคียงใด ๆ ของจะมีจุดของและจุดที่ไม่ใช่ของในแง่ของฟังก์ชันนี้ หมายความว่าทั้งและไม่มีอยู่จริง นั่นคือโดยที่เช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ เราใช้สัญลักษณ์ แทนเซตของความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญทั้งหมดของประเภทแรกของฟังก์ชันอย่างชัดเจน
ความไม่ต่อเนื่องของอนุพันธ์
ให้เป็นช่วงเปิด ให้เป็นฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้บนและให้เป็นอนุพันธ์ของนั่นคือสำหรับทุกตามทฤษฎีบทของดาร์บูซ์ฟังก์ชันอนุพันธ์มีคุณสมบัติค่ากลาง แน่นอนว่าฟังก์ชันสามารถต่อเนื่องบนช่วง ได้ซึ่งในกรณีนี้ทฤษฎีบทของโบลซาโนก็ใช้ได้เช่นกัน โปรดจำไว้ว่าทฤษฎีบทของโบลซาโนกล่าวว่าฟังก์ชันต่อเนื่องทุกฟังก์ชันมีคุณสมบัติค่ากลาง ในทางกลับกัน ข้อความกลับกันนั้นไม่จริง: ทฤษฎีบทของดาร์บูซ์ไม่ได้สมมติว่า เป็นฟังก์ชันต่อเนื่อง และคุณสมบัติค่ากลางไม่ได้หมายความว่าเป็นฟังก์ชันต่อเนื่องบน
อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีบทของ Darboux มีผลโดยตรงต่อประเภทของความไม่ต่อเนื่องที่สามารถเกิดขึ้นได้ ในความเป็นจริง ถ้าเป็นจุดไม่ต่อเนื่องของแล้ว จะต้องเป็นความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญของ[ 11 ] ซึ่ง หมายความว่าสถานการณ์สองอย่างต่อไปนี้ ไม่สามารถ เกิดขึ้นได้ โดยเฉพาะ:
- เป็นความไม่ต่อเนื่องที่สามารถกำจัดได้ของ
- เป็นความไม่ต่อเนื่องแบบกระโดดของ
นอกจากนี้ ยังต้องยกเว้น สถานการณ์อื่นอีกสองสถานการณ์ (ดู John Klippert [ 12 ] ):
สังเกตว่าเมื่อใดก็ตามที่เงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่งในข้อ (i), (ii), (iii) หรือ (iv) เป็นจริงสำหรับบางกรณี ก็สามารถสรุปได้ว่าไม่มีอนุพันธ์ผกผัน , , บนช่วงเวลา
ในทางกลับกันอาจมีการแนะนำความไม่ต่อเนื่องแบบใหม่ที่เกี่ยวข้องกับฟังก์ชันใดๆ ก็ได้ นั่นคือ ความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญ (essential discontinuity) ของฟังก์ชันซึ่งกล่าวได้ว่าเป็นความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญพื้นฐานของ ฟังก์ชัน ถ้า
และ
ดังนั้น ถ้าเป็นความไม่ต่อเนื่องของฟังก์ชันอนุพันธ์แล้ว ก็จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเป็นความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญพื้นฐานของ ด้วยเช่นกัน
โปรดสังเกตด้วยว่า เมื่อ และเป็นฟังก์ชันที่มีขอบเขตตามสมมติฐานของทฤษฎีบทของเลเบส เราจะได้ สำหรับทุก: และ ดังนั้น ความไม่ต่อเนื่องที่สำคัญใดๆ ของ จึงเป็นความไม่ต่อเนื่องพื้นฐาน
ดูเพิ่มเติม
- จุดเอกฐานที่กำจัดได้ – จุดที่ไม่นิยามบนฟังก์ชันโฮโลมอร์ฟิกซึ่งสามารถทำให้เป็นจุดปกติได้
- จุดเอกฐานทางคณิตศาสตร์ – จุดที่วัตถุทางคณิตศาสตร์แสดงพฤติกรรมผิดปกติ
- การขยายโดยความต่อเนื่อง – คุณสมบัติของปริภูมิเชิงทอพอโลยี
- ความเรียบ – ระดับความสามารถในการหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันหรือแผนที่
- ความต่อเนื่องทางเรขาคณิต – ระดับความสามารถในการหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันหรือแผนที่
- ความต่อเนื่องแบบพาราเมตริก – แนวคิดเรื่องความเรียบของเส้นโค้งพาราเมตริก
หมายเหตุ
แหล่งที่มา
- Malik, SC; Arora, Savita (1992). การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ (ฉบับที่ 2). นิวยอร์ก: Wiley. ISBN 0-470-21858-4.
{{cite book}}: CS1 maint: publisher location (link)
ลิงก์ภายนอก
- "ไม่ต่อเนื่อง " PlanetMath
- "ความไม่ต่อเนื่อง"โดยเอ็ด เพ็กก์ จูเนียร์โครงการสาธิตวูลฟรามปี 2007
- ไวส์สไตน์, เอริค ดับเบิลยู. "ความไม่ต่อเนื่อง" . แมธเวิลด์ .
- Kudryavtsev, LD (2001) [1994]. "จุดไม่ต่อเนื่อง" . สารานุกรมคณิตศาสตร์ . สำนักพิมพ์ EMS .
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การจำแนกประเภทของความไม่ต่อเนื่อง
แม้ว่า ฟังก์ชันต่อเนื่อง จะมีความสำคัญใน ทางคณิตศาสตร์ แต่ไม่ใช่ว่าทุก ฟังก์ชัน จะต่อเนื่องเสมอไป หากฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องที่ จุดลิมิต (หรือเรียกว่า "จุดสะสม" หรือ "จุดรวม") ของ...
การจำแนกประเภท
สำหรับแต่ละข้อต่อไปนี้ ให้พิจารณา ฟังก์ชันค่าจริง ของตัวแปรจริงที่กำหนดไว้ในบริเวณใกล้เคียงจุดที่ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่อง เอฟ {\displaystyle f} x , {\displaystyle x,} x 0 {\displaystyle x_{0}} เอฟ {\displaystyle f}
ความไม่ต่อเนื่องที่สามารถถอดออกได้
พิจารณาฟังก์ชัน แบบแบ่งช่วง 1\end{cases}}}"> เอฟ ( x ) = { x 2 สำหรับ x 1 {\displaystyle f(x)={\begin{cases}x^{2}&{\text{ สำหรับ }}x 1\end{cases}}} 1\end{cases}}}">
ความไม่ต่อเนื่องแบบกระโดด
พิจารณาฟังก์ชัน 1\end{cases}}}"> f ( x ) = { x 2 for x 1 {\displaystyle f(x)={\begin{cases}x^{2}&{\mbox{ for }}x 1\end{cases}}} 1\end{cases}}}">