有界閉區間內的連續函數必然有界


只證上界存在,下界同理。
【證明】
反證法,假設f(x)在閉區間[a,b]上連續,假設沒有上界
\(則\forall n\in N,\exists x_{n}\in [a,b],\)
\(有f(x_{n})>n\quad\quad\quad\quad\quad\quad(1)\)
\(因為x_{n}\in[a,b],故x_{n}有界\)
\(故,可從中取出一個收斂子列,記為x_{n_{k}},由(1)式有f(x_{n_{k}})>n_{k}\)
\(lim_{n_{n_{k}}\to\infty}f(x_{n_{k}})=+\infty\quad\quad(2)\)
\(因為lim_{n_{k}\to\infty}x_{n_{k}}=x_{0}\)
\(所以,根據連續函數定義,可得:lim_{n_{k}\to\infty}f(x_{n_{k}})=f(x_{0})\)
\(與(2)式矛盾\)
\(證畢\)
\(下界同理\)

【注意】
\(如果是開區間,則有的函數有界,例如y=x,在開區間(0,1)上連續,且有界\)
\(但是f(x)=\frac{1}{x}在開區間(0,1)連續,但是無界,當x\to 0時,f(x)\to+\infty\)


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