Теорема о промежуточном значении: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
VictJava (обсуждение | вклад) м уточнение |
MPI3 (обсуждение | вклад) |
||
Строка 59: | Строка 59: | ||
[[Категория:Математический анализ]] |
[[Категория:Математический анализ]] |
||
[[Категория:Общая топология]] |
[[Категория:Общая топология]] |
||
[[Категория:Теоремы|Промежуточном значении]] |
[[Категория:Теоремы математического анализа|Промежуточном значении]] |
||
[[Категория:Доказательства]] |
[[Категория:Доказательства]] |
Версия от 05:53, 25 января 2014
Теорема о промежуточном значении (или Теоре́ма Больца́но — Коши́) утверждает, что если непрерывная функция, определённая на вещественном интервале, принимает два значения, то она принимает и любое значение между ними.
Формулировка
Пусть дана непрерывная функция на отрезке Пусть также и без ограничения общности предположим, что Тогда для любого существует такое, что .
Рассмотрим функцию Она непрерывна на отрезке и , Покажем, что существует такая точка , что Разделим отрезок точкой на два равных по длине отрезка, тогда либо и нужная точка найдена, либо и тогда на концах одного из полученных промежутков функция принимает значения разных знаков (на левом конце меньше нуля, на правом больше).
Обозначив полученный отрезок , разделим его снова на два равных по длине отрезка и т.д. Тогда, либо через конечное число шагов придем к искомой точке , либо получим последовательность вложенных отрезков по длине стремящихся к нулю и таких, что
Пусть - общая точка всех отрезков (согласно принципу Кантора, она существует и единственна) , Тогда и в силу непрерывности функции
Поскольку
получим, что
Следствия
- (Теорема о нуле непрерывной функции.) Если функция непрерывна на некотором отрезке и на концах этого отрезка принимает значения противоположных знаков, то существует точка, в которой она равна нулю. Формально: пусть и Тогда такое, что
- В частности любой многочлен нечётной степени имеет по меньшей мере один нуль.
Замечание
- Иногда (в учебных курсах) утверждение для нуля называется первой теоремой Больцано — Коши, а общее утверждение — второй теоремой соответственно[1]. На самом деле они эквивалентны.
Обобщение
Теорема Больцано — Коши допускает обобщение на более общие топологические пространства. Всякая непрерывная функция , определенная на связном топологическом пространстве, принимающая какие-либо два значения, принимает и любое лежащее между ними. Формальная запись: пусть дано связное топологическое пространство и функция Пусть и Тогда
В такой формулировке теорема является частным случаем теоремы о том, что образ связного множества при непрерывном отображении связен.
История
Теорема была сформулирована независимо Больцано в 1817 и Коши в 1821.