函數極限不存在

如果函數 f(x) 在 x=c 附近有定義,但可能在 c 點沒定義, 則可以討論函數極限問題



如果 f(x) 在 c 的左極限


與右極限


是以下情況:
  1. 左極限和右極限其中之一趨於正無窮大,另外一個趨於負無窮大。
  2. 左極限和右極限其中之一趨於正或負無窮大,另一個收斂到某個實數。
  3. 左極限和右極限分別收斂到一個實數,但這兩個實數不相等。
  4. 左極限或右極限其中之一根本不存在:它既不發散,也不趨近於任何一個實數。
我們稱 f(x) 在 c 的極限 不存在

前面四種情況的前三種,我們都已經在別的講義中談過,也舉過一些例子。 我們曾經說,更為「病態」的例子,不應在初學的時候就舉出來, 而應該等候學習者對於數學函數稍微更熟練之後,才開始看這些特例。 現在,我們看第四種情況:左極限或右極限根本不存在的例子。 因為左極限或是右極限,其實可以互相類推, 所以我們在此只考慮右極限就可以了。

右極限不存在的典型範例,就是



因為 sin(x) 每 就振盪一個週期,而當 x 很靠近 0 的時候,x 的一點點變化, 就造成 1/x 很大的變化;例如 x 在


寬度大約只有 0.02 的區間內振盪一個週期,又例如 x 在


寬度大約只有 0.000001 的區間內也振盪一個週期。 所以當 x 越來越靠近 0,sin(1/x) 就振盪得越來越快, 但震幅總是保持 1。 我們看看它的圖形。

sin(1/x), x=0.01..Pi

我相信讀者憑著雙眼的直覺,就可以判斷上述極限既不發散, 也不趨近於任何一個實數。有些人或許會說,它趨近於 [-1,1] 之間的任意一個數。 但是「任意一個數」不是一個確定的實數,所以我們說它的極限不存在。

如果不想倚賴視覺直覺,數學理論也提供一個檢測的方法。 但是這個方法牽涉到數列的極限問題。我們現在還不打算談那種問題, 所以留到以後適當的機會再說。

函數的極限和函數的連續性質,是一體之兩面:它們是息息相關的。 如果函數 f(x) 在 x=c 處的極限不存在,則它在 x=c 必定是不連續的。 而如果函數 f(x) 在 x=c 處的右極限或左極限其中只要有一個不存在, 它的極限就不存在了;所以也就不連續了。

習題

  1. 若定義


    請問 f(x) 在 x=0 處是否連續?簡述理由。
  2. 若定義


    請問 f(x) 在 x=0 處是否連續?簡述理由。
  3. 若定義


    請問 f(x) 在 x=0 處是否連續?簡述理由。
  4. 若定義


    請問 f(x) 在 x=0 處是否連續?簡述理由。
  5. 若定義


    請問 f(x) 在 x=0 處是否連續?簡述理由。
  6. 若定義


    請問 f(x) 在 處是否連續?簡述理由。

Created: Aug 24, 2001
Last Revised: Aug 24, 2001
© Copyright 2001 Wei-Chang Shann 單維彰