実数値関数の連続性:トピック一覧  

 ・連続性の定義:距離空間上の実数値関数の点での連続性/距離空間上の実連続関数/一様連続性 
         
位相空間上の実数値関数の点での連続性/位相空間上の実連続関数   
 
・連続性の性質:点列の収束との関係 
 
・連続関数一般の性質:関数の和差積商の連続性/合成関数の連続性 
 
・有界閉集合上の性質:連続関数による有界閉集合の像は有界閉集合/有界閉集合上連続な関数は有界/最大値最小値定理/
            関数f (x)を有界閉集合D上で連続とすると、fはDにおいて一様連続
 
・連結な集合上の性質:中間値定理/連続関数による領域の像は区間/連続関数による閉領域の像は閉区間  

 ※実数値関数に関する諸概念の定義:実数値関数の定義と諸属性/実数値関数の極限/連続性/可測関数/  
 ※実数値関数の連続性の具体例:1変数関数の連続性/ 2変数関数の連続性/ n変数関数の連続性
 ※実数値関数の連続性の一般化:ベクトル値関数の連続性/距離空間の間の写像の連続性/位相空間の間の写像の連続性
 
→総目次

定義:距離空間上の実数値関数が点Aで連続  

設定

ここでは、
 以下の手順で設定された舞台上でなされる「
実数値関数が点Aで連続」の定義
をみる。
Step1:集合X (集合ならなんでもよい)を用意する。
Step2:実数を全てあつめた集合(実数体)Rを用意する  
Step3:「集合X」から「実数体R」への実数値関数 f を用意。
    つまり、「
f:X→R 」 
Step4:集合Xに距離dX を定めて、集合X上に、距離空間( X , dX )を設定。
Step5:実数体Rに距離dを定めて、集合Y上に、距離空間( R , d )を設定。
Step6:「集合X」上の動点を、Pと名づける。
    「集合
X」上の定点を、Aと名づける。 
        つまり、「
P, A∈X」  


cf
.実連続関数/一様連続性

[具体例]1変数関数の連続性/ 2変数関数の連続性/ n変数関数の連続性

[一般化]位相空間上の実数値関数の連続性/ベクトル値関数の連続性/距離空間の間の写像の連続性/位相空間の間の写像の連続性

はじめに読むべき定義

「実数値関数『 f:X→R』が『X上の点A』で連続であるcontinuous」とは、 
 次の
2条件がともに満たされることを言う。
 
(1) P→Aで、f (P)が収束すること。
    つまり、 
     

   が存在すること。 
 
(2) f (P)→f (A)(P→A) 
   つまり、 
     

   あが成立すること。

[文献]
矢野『
距離空間と位相構造』1.1.3(p.14)

厳密な
定義
ε
-δ
論法

「実数値関数『 f:X→R』が『X上の点A』で連続であるcontinuous」とは、
 
任意の正数εに対して、ある正の実数δが存在して、
  「
dX ( P, A )<δ ならば、d ( f (P), f (A) )<ε 」 
 を成り立たせる、ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈X )( dX ( P, A )<δ⇒ d ( f (P) , f (A) )<ε)
  
* dX ( P, A )は、集合X上での点Pと点Aとの距離を、
   
d ( f (P) , f (A) )は、R上のf (P)とf (A)との距離| f (P)−f (A) |を表す。

* 「P→Aのときf(P)が収束する」の定義では、 0<dX ( P, A )<δ であった。
  つまり、
関数の「極限」では、P=Aを除外して考えたが、
     「連続」では
P=Aを除外しないことになる。

[文献]
松坂和夫『
集合・位相入門』4章§4-B定理20注意1-2

(p.179);
矢野『距離空間と位相構造』1.1.3(p.14)


厳密な
定義
近傍

「実数値関数『 f:X→R』が『X上の点A』で連続であるcontinuous」とは、
 
実数 f (A) の任意の(どんな)「R上のε近傍Uε( f (A) )」に対して(でも)、
 ある「
Xにおける点Aのδ近傍Uδ(A)」が存在して、
     
f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) ) 
 を満たす
ということ。
この定義を別の表現でいうと、
 
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δが存在して、
        「 
f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) )  」
    すなわち「 
P∈Uδ(A) ならば、f (P) ∈Uε( f (A) )」
 を成り立たせる、
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(
∀Uε( f (A) ))(∃Uδ(A))( f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) ) ) 
(
∀ε>0)(∃δ>0)( f ( Uδ(A) ) ) ⊂Uε( f (A) ) ) 
(
∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈X)( P∈Uδ(A) ⇒ f (P) ∈Uε( f (A) )) 
となる。

活用例

 

→[トピック一覧:実数値関数の連続性]
→総目次

定義:位相空間上の実数値関数が点Aで連続  

設定

位相空間上の実数値関数の連続性の定義は、
以下の手順で設定された舞台上でなされる
「
実数値関数が点Aで連続」の定義をみる。
Step1:集合X (集合ならなんでもよい)を用意する。
Step2:実数を全てあつめた集合(実数体)Rを用意する  
Step3:「集合X」から「実数体R」への実数値関数 f を用意。
    つまり、「
f:X→R 」 
Step4:集合Xに位相を与えて、
    集合
Xを位相空間として扱えるように設定。
    これにより、
    集合
Xには、
    その
開集合系・閉集合系・近傍系・閉包作用素・開核作用素
    が設定されることになる。
Step5:実数体Rに距離dを定めて、R上に、距離空間( R , d )を設定。
Step6:「集合X」上の動点を、Pと名づける。
    「集合
X」上の定点を、Aと名づける。 
        つまり、「
P, A∈X」  


cf
.位相空間上の実連続関数/一様連続性

[具体例]1変数関数の連続性/ 2変数関数の連続性/ n変数関数の連続性/距離空間上の実数値関数の連続性

[一般化]ベクトル値関数の連続性/距離空間の間の写像の連続性/位相空間の間の写像の連続性

[文献]
松坂和夫『
集合・位相入門』4章§4-B定理20注意1-2

(p.179);

定義1

「実数値関数『 f:X→R』が『X上の点A』で連続であるcontinuous」とは、
 「『
X上の点A』をfがR上に写した像 f (A )」のどんな「R上のε近傍Uε( f (A) )」に対してでも、
  ある「『
X上の点A』の『Xにおける近傍UX (A )』」が存在して、
     
f ( UX(A ) ) ⊂ Uε( f (A) ) 
  を満たす
ことをいう。  
この定義を、
論理記号で表せば、
 
(∀ε>0)(∃UX(A ))( f ( UX(A ) ) ⊂ Uε( f (A) ) ) 
となる。

定義2

「実数値関数『 f:X→R』が『X上の点A』で連続であるcontinuous」とは、
 「『
X上の点A』をfがR上に写した像 f (A )」の
   
任意の「R上のε近傍Uε( f (A) )」の
     
fによる逆像 f-1( Uε( f (A ) ) )が、
 「『
X上の点A』の『Xにおける近傍UX (A )』」であること。 

→[トピック一覧:実数値関数の連続性]
→総目次

 

定義:距離空間上の実連続関数

設定

ここでは、以下の手順で設定された舞台上でなされる「実数値関数が点Aで連続」の定義をみる。

 

Step1:集合X (集合ならなんでもよい)を用意する。
Step2:実数を全てあつめた集合(実数体)Rを用意する  
Step3:「集合X」から「実数体R」への実数値関数 f を用意。
    つまり、「
f:X→R 」 
Step4:集合Xに距離dX を定めて、集合X上に、距離空間( X , dX )を設定。
Step5:実数体Rに距離dを定めて、集合Y上に、距離空間( R , d )を設定。
Step6:「集合X」上の動点を、Pと名づける。
    「集合
X」上の定点を、Aと名づける。 
        つまり、「
P, A∈X」


[文献]
矢野『
距離空間と位相構造』1.1.3(p.13):距離空間上
松坂和夫『
集合・位相入門』4章§4-B(pp.178-9):位相空間上;

はじめに
読むべき
定義

「実数値関数『 f:X→R』が実連続関数である」とは、 
   
実数値関数『 f:X→R』がXに属す全ての点で連続であること
 をいう。

厳密な
定義
ε
-δ論法

「実数値関数『 f:X→R』が実連続関数である」とは、 
 
Xに属す点Aを一つ選んで固定した上で、
   
任意の正数εに対して、ある正の実数δをとると、
    「
dX ( P, A )<δ ならば、d ( f (P), f (A) )<ε 」 
   が成り立ち、
 これが、すべての点
A∈Xについても言えるということ。 
 
論理記号で表せば、
 
(∀A∈X)(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈X )
                (
dX ( P, A )<δ⇒ d ( f (P) , f (A) )<ε)
  
* dX ( P, A )は、集合X上での点Pと点Aとの距離を、
   
d ( f (P) , f (A) )は、R上のf (P)とf (A)との距離| f (P)−f (A) |を表す。
  
* ここで、(1)を満たすδを全てのA∈Xに対して共通に選ぶ必要はないことに注意。
   「
f (P)がD上で連続」と言った場合、A∈Xの選び方で(1)を満たすδが変わってもよい。
   これに対して、
   
(1)を満たすδを全てのA∈Xに対して共通に選べる、
 
  A∈Xの選び方によらず、εだけに対応して (1)を満たすδを一様に選べることを意味する概念は、
   
一様連続性。  

厳密な
定義
近傍

「実数値関数『 f:X→R』が実連続関数である」とは、
 
任意の点A∈Xの「f による像」f (A) の任意の「R上のε近傍Uε( f (A) )」に対して、
 その点
Aのある「Xにおけるδ近傍Uδ(A)」が存在して、
     
f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) ) 
 を満たす
ということ。
この定義を別の表現でいうと、
 
任意のA∈Xと任意の正の実数εに対して、ある正の実数δが存在して、
        「 
f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) )  」
    すなわち「 
P∈Uδ(A) ならば、f (P) ∈Uε( f (A) )」
 を成り立たせる、
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(∀A∈X)(∀Uε( f (A) ))(∃Uδ(A))( f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) ) ) 
(∀A∈X)(∀ε>0)(∃δ>0)( f ( Uδ(A) ) ) ⊂Uε( f (A) ) ) 
(∀A∈X)(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈X)( P∈Uδ(A) ⇒ f (P) ∈Uε( f (A) )) 
となる。

→[トピック一覧:実数値関数の連続性]
→総目次

定義:位相空間上の実連続関数

設定

ここでは、以下の手順で設定された舞台上でなされる「実連続関数」の定義をみる。

 

Step1:集合X (集合ならなんでもよい)を用意する。
Step2:実数を全てあつめた集合(実数体)Rを用意する  
Step3:「集合X」から「実数体R」への実数値関数 f を用意。
    つまり、「
f:X→R 」 
Step4:集合Xに位相を与えて、
    集合
Xを位相空間として扱えるように設定。
    これにより、
    集合
Xには、
    その
開集合系・閉集合系・近傍系・閉包作用素・開核作用素
    が設定されることになる。
Step5:実数体Rに距離dを定めて、R上に、距離空間( R , d )を設定。
Step6:「集合X」上の動点を、Pと名づける。
    「集合
X」上の定点を、Aと名づける。 
        つまり、「
P, A∈X」  


[文献]
松坂和夫『
集合・位相入門』4章§4-B(pp.178-9):位相空間上;

はじめに
読むべき
定義

「実数値関数『 f:X→R』が実連続関数である」とは、 
   
実数値関数『 f:X→R』がXに属す全ての点で連続であること
 をいう。

厳密な
定義
ε
-δ論法

「実数値関数『 f:X→R』が実連続関数である」とは、 
 
Xに属す点Aを一つ選んで固定した上で、
   
任意の正数εに対して、ある正の実数δをとると、
    「
dX ( P, A )<δ ならば、d ( f (P), f (A) )<ε 」 
   が成り立ち、
 これが、すべての点
A∈Xについても言えるということ。 
 
論理記号で表せば、
 
(∀A∈X)(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈X )
                (
dX ( P, A )<δ⇒ d ( f (P) , f (A) )<ε)
  
* dX ( P, A )は、集合X上での点Pと点Aとの距離を、
   
d ( f (P) , f (A) )は、R上のf (P)とf (A)との距離| f (P)−f (A) |を表す。
  
* ここで、(1)を満たすδを全てのA∈Xに対して共通に選ぶ必要はないことに注意。
   「
f (P)がD上で連続」と言った場合、A∈Xの選び方で(1)を満たすδが変わってもよい。
   これに対して、
   
(1)を満たすδを全てのA∈Xに対して共通に選べる、
 
  A∈Xの選び方によらず、εだけに対応して (1)を満たすδを一様に選べることを意味する概念は、
   
一様連続性。  

厳密な
定義
近傍

「実数値関数『 f:X→R』が実連続関数である」とは、
 
任意の点A∈Xの「f による像」f (A) の任意の「R上のε近傍Uε( f (A) )」に対して、
 その点
Aのある「Xにおけるδ近傍Uδ(A)」が存在して、
     
f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) ) 
 を満たす
ということ。
この定義を別の表現でいうと、
 
任意のA∈Xと任意の正の実数εに対して、ある正の実数δが存在して、
        「 
f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) )  」
    すなわち「 
P∈Uδ(A) ならば、f (P) ∈Uε( f (A) )」
 を成り立たせる、
ということ。
この定義を、
論理記号で表せば、
(∀A∈X)(∀Uε( f (A) ))(∃Uδ(A))( f ( Uδ(A) ) ⊂Uε( f (A) ) ) 
(∀A∈X)(∀ε>0)(∃δ>0)( f ( Uδ(A) ) ) ⊂Uε( f (A) ) ) 
(∀A∈X)(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈X)( P∈Uδ(A) ⇒ f (P) ∈Uε( f (A) )) 
となる。

     
→[トピック一覧:実数値関数の連続性]
→総目次

定理:実数値関数の点における連続性の、点列・数列の収束への言い換え 

一般的には、以下を参照。
 
距離空間の間の写像の連続の、点列の収束への言い換え

また、以下の具体例も参照。
 
1変数関数の連続の、数列の収束への言い換え
  2変数関数の連続の、点列・数列の収束への言い換え
 
n変数関数の連続の、点列・数列の収束への言い換え

 

[文献]
該当文献見当たらず。

活用例

→[トピック一覧:実数値関数の連続性]
→総目次

 

定義:一様連続性 uniformly continuous

 


一般的には、以下を参照。
 
距離空間のあいだの写像の一様連続性

また、以下の具体例も参照。
 
1変数関数の一様連続性
 
2変数関数の一様連続性
 
n変数関数の一様連続性



[文献]
該当文献見当たらず。

   

→[トピック一覧:実数値関数の連続性]
→総目次