文档介绍：关于闭区间上连续函数性质的处理的新设想
在教材《数学分析简明教程》(邓东皋尹小玲编著,高等教育出版社)中,闭区间上连续函数的三大性质:介值定理,最大值定理,一致连续性定理,都是在他们需要出现的时候才出现,而且它们的证明都是用实数连续性定理证明的。整个体系可以用下图表示出来。
实数连续性定理
单调有界原理
最值定理
介值定理
一致连续性定理
连续函数
可积定理
罗尔中值
定理
反函数连
续性定理
在教学中,我们也可尝试在单调有界原理之后,引入区间套,再用区间套定理来证明闭区间上连续函数的三大性质。或直接用实数连续性定理证明区间套定理,再用区间套定理证明单调有界原理和闭区间上连续函数的三大性质。即采用如下的体系:
实数连续性定理
单调有界原理
区间套定理
一致连续性定理
最值定理
介值定理
连续函数
可积定理
罗尔中值
定理
反函数连
续性定理
实数连续性定理
区间套定理
单调有界原理
介值定理
最值定理
一致连续性定理
反函数连
续性定理
罗尔中值
定理
连续函数
可积定理
为方便使用我们的教材,下面分别给出用区间套定理推出单调有界原理和闭区间上连续函数的三大性质的证明。
单调有界原理若数列单调上升有上界,则必有极限。
证明用区间套定理。设是单调上升有上界的数列。若是的上界,则是常值数列,必有极限。不妨设不是的上界,记,设是的一个上界。二等分,分点为,若是的上界,令,,否则,令,。二等分,分点为,…。如此继续下去,得一区间套,满足,不是的上界,是的上界。由区间套定理,存在唯一的实数。这时有
故,,,使得

由不是的上界知,,使得,由单调上升及是的上界得,当时,有

即。
介值定理若在连续,,,则存在,使得.
证明用区间套定理。记,二等分,分点为,若,则定理证完,否则,若,则取,若,则取;二等分,分点为,…。如此继续下去,得一区间套,满足,,。根据区间套定理,知存在唯一的实数,这时有。由在连续,知
,
故,定理证完。
最大值定理若在上连续,则在上达到其最大值与最小值。
,分点为。则,两区间中至少有一区间满足性质:另一区间中的每一个点,在这个区间中存在一个点,使得。事实上,不妨设满足上述性质,则,,使得。因为若不然,,使得,有,即满足上述性质。
记,二等分,分点为,则,两区间中至少有一区间满足上述性质,将这个区间记为;二等分,分点为,则,两区间中至少有一区间满足上述性质,将这个区间记为;…,如此继续下去,得一区间套,由区间套定理,存在唯一的实数。
下证。,,,使,但。由区间套的构造,,使得。对, ,使,但。于是,,使得。…,如此继续下去,得一数列,满足,,且。由于以及的连续性,,即。
一致连续性定理(康托(cantor,1845-191