证明函数y=cosx在区间﹙-∞,﹢∞﹚内是连续的?

2025-05-22 06:26:39
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回答1:

  不管证明什么,从定义出发是永远不会错的。
函数 f(x)在区间(a,b)上连续
  = 对任意 x0 ∈(a,b),f(x)在 x0 处连续;
函数 f(x)在 x0 处连续
  = f(x)在 x0 处有定义,且 f(x)在 x0 处有极限,且极限值等于函数值;
函数 f(x)在 x0 处有极限
  = f(x)在 x0 “附近” 有定义,且存在常数 A,对给定的任意小的正数 ε,总存在正数 δ, 使得当:
  0 < | x – x0 | < δ;
 时,总有:
  | f(x) - A | < ε;

证明:
  cos(x)在(-∞,﹢∞)上处处有定义,是无须证明的——这就是余弦函数的定义。现在只要证明 cos(x)在(-∞,﹢∞)上的任意一点 x0 处有极限,且等于该点的函数值 cos(x0)即可。这要根据极限的定义来证明:
  因为 cos(x) 在 x0 附近有定义;且总有一个常数:
    A = cos(x0);
  而对于给定的任意小的正数 ε,我们也总能找到另一个正数:
    δ = ε;—— 在此取二者相等;其实 δ 也可以更小一点;
现在,如果能证明:
  当:
    0 < | x – x0 | < ε;
  总有:
    | cos(x)- cos(x0)| < ε;
也就能证明 cos(x)在 x0 处的极限为:cos(x0);

(1)转化:在此要用到 “和差化积” 公式,公式你可以自己查,我只写结果:
    | cos(x)- cos(x0)|
   = | -2 · sin((x + x0)/ 2)·sin((x – x0)/ 2)|
  因为是乘积的形式,很方便调整绝对值号:
   = | -2 | · | sin((x + x0)/ 2)| · | sin((x – x0)/ 2)| ①
(2)根据正弦函数定义,有:
    -1 ≤ sin(x)≤ 1;即:0 ≤ |sin(x)| ≤ 1;
  所以,有:
    0 ≤ | sin((x + x0)/ 2)| ≤ 1;
  在正数范围内,乘以小于 1 的数,只会让自己变小;对于 0 和 1 两个边界,可单独考虑。于是,等式 ① 可化为以下不等式:
    | cos(x) - cos(x0)| ≤ | -2 | · | sin((x – x0)/ 2)|; ②
  再根据正弦函数不等式:
    | sin(x)| ≤ | x |;(因为有绝对值,该不等式在全实数范围内都成立)
  不等式 ② 可化为:
    | cos(x) - cos(x0)| ≤ | -2 | · |(x - x0)/ 2 |
    | cos(x) - cos(x0)| ≤ | x - x0 | ③
(3)再根据 x 的取值范围:
    0 < | x – x0 | < ε;
代入 ③ 式,得:
    | cos(x) - cos(x0)| < ε;

由此可以证明:
  cos(x)在 x0 处有极限,且极限值等于函数值:cos(x0);
因为 x0 是任选的,所以可证明,cos(x)在(-∞,﹢∞)上是连续的。