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111 政治大學微積分(財政)第 7 題

考題 / 轉學考微積分 / 政大 / 微積分(財政)

111學年度 · 111微積分(財政) · 第 7 題

題目

Problem

二、計算題(需有計算或證明過程始計分,每題 13%)

  1. Proved that if ff is differentiable at x=cx = c, then ff is continuous at x=cx = c.

解答

解法一

思路

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  1. 「ff 在 x=cx = c 可微分」的意思是 lim⁡x→cf(x)−f(c)x−c\displaystyle\lim_{x\to c}\dfrac{f(x)-f(c)}{x-c} 存在且等於 f′(c)f'(c)。
  2. 「ff 在 x=cx = c 連續」的意思是 lim⁡x→cf(x)=f(c)\displaystyle\lim_{x\to c}f(x) = f(c)。
  3. 關鍵技巧:把 f(x)f(x) 改寫成 f(x)=f(x)−f(c)x−c⋅(x−c)+f(c)f(x) = \dfrac{f(x)-f(c)}{x-c}\cdot(x-c) + f(c),然後對兩邊取 x→cx \to c 的極限。左邊出現「導數 ×\times 零」的形式,自然得到 f(c)f(c)。

答題過程

展開

前提: 已知 ff 在 x=cx = c 處可微分,即 f′(c)=lim⁡x→cf(x)−f(c)x−cf'(c) = \displaystyle\lim_{x\to c}\dfrac{f(x)-f(c)}{x-c} 存在。

目標: 證明 lim⁡x→cf(x)=f(c)\displaystyle\lim_{x\to c}f(x) = f(c)。

證明: 對任意 x≠cx \ne c,將 f(x)f(x) 恆等地改寫如下:

f(x)=f(x)−f(c)x−c⋅(x−c)+f(c)f(x) = \frac{f(x)-f(c)}{x-c}\cdot(x-c) + f(c)

對此等式兩邊取 x→cx \to c 的極限,並利用極限的乘積法則:

lim⁡x→cf(x)= lim⁡x→cf(x)−f(c)x−c⋅lim⁡x→c(x−c)+lim⁡x→cf(c)= f′(c)⋅0+f(c)= f(c)\begin{align*} \lim_{x\to c}f(x) =&\, \lim_{x\to c}\frac{f(x)-f(c)}{x-c}\cdot\lim_{x\to c}(x-c) + \lim_{x\to c}f(c) \\[4mm] =&\, f'(c)\cdot 0 + f(c) \\[4mm] =&\, f(c) \end{align*}

由於 lim⁡x→cf(x)=f(c)\displaystyle\lim_{x\to c}f(x) = f(c),ff 在 x=cx = c 處連續。■\blacksquare