一致连续

-{zh:一致連續;zh-hans:一致连续;zh-hant:均勻連續}-又稱-{zh:均勻連續;zh-cn:均匀连续; zh-tw:一致連續}-,(),為數學分析的專有名詞,大致來講是描述對於函數 f(\cdot) 我們只要在定義域中讓任意兩點 x 跟 y 越來越接近,我們就可以讓 f(x) 跟 f(y) 無限靠近,這跟一般的連續函數不同之處在於:f(x) 跟 f(y) 之間的距離並不依賴 x 跟 y 的位置選擇。
一致连续是比连续更苛刻的条件。一个函数在某度量空间上一致连续,则其在此度量空间上必然连续,但反之未必成立。

正式的 ε-δ 定義
设 (X, d_1) 和 (Y, d_2) 皆是度量空间,我們說函数 f : X\to Y 一致连续,這代表對任意的 \epsilon > 0,存在 \delta >0,使得定義域中任意兩點 x,y 只要 d_1(x,y),就有 d_2(f(x),f(y)) 。

当 X 和Y 都是實數的子集合,d_1 和 d_2 為絕對值 |\cdot| 时,一致连续的定义可表述为:如果对任意的 \epsilon > 0,存在 \delta>0,使得对任意兩點 |x-y|,都有 |f(x)-f(y)|,则稱函數 f 在 X上一致连续。

均勻連續跟在每點連續最大的不同在於:在均勻連續定義中,正數 \delta 的選擇只依賴 \epsilon 這變數,而不依賴定義域上點的位置。

一致连续性定理
定理

一个从紧致度量空间到度量空间的连续函数是一致连续的。

证明

设函数f:X\to Y,(X,d_1)为紧致度量空间,(Y,d_2)为度量空间。

假设f不是一致连续的,則存在一個\epsilon>0,对于任意n都存在x_n,y_n满足条件d_1(x_n,y_n)并且d_2(f(x_n),f(y_n))\geq\epsilon。

因为X为紧致度量空间,X是序列紧致的,所以存在一个(x_n)的收敛子序列(x_{k_n}),设其收敛到x。

d_1(x_{k_n},y_{k_n}),所以(y_{k_n})\to x。

因为f连续,\epsilon\leq d_2(f(x_{k_n}),f(y_{k_n}))\to d_2(f(x),f(x))=0,矛盾,定理得证。

一致连续相比于连续是一个更强的结论。一般情况下,连续不意味着一致连续。

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