沿逻辑顺序构筑初等数学:单调连续函数的反函数也单调连续

deer332025-08-12技术文章26

本篇证明连续函数的反函数的性质。

定理8.2.3.4单调连续函数的反函数:设函数在闭区间上单调递增并且连续,则f是闭区间到闭区间的双射,这时它的反函数也是单调递增的连续函数;设函数在闭区间上单调递减并且连续,则f是闭区间到闭区间的双射;这时它的反函数也是单调递减的连续函数。

证明:不妨设函数在闭区间上单调递增(递减时证明相仿),设,则

可见f是单射

,有,根据介值定理8.2.3.1,,使得

可见f是满射,所以f是闭区间到闭区间的双射

下面证明它的反函数是单调递增的,如若不然,,使得

于是

这与的假设矛盾

接着证明它的反函数连续,设是 上的一个单调数列,且

由于数列单调有界,故存在

因函数连续,有

f是单射,有

所以函数连续

证毕。

我们在例8.2.2.3已经证明了指数函数的连续性,据此可知对数函数

上连续。

至此,我们论证了目前接触过的有理函数、幂函数、指数函数、对数函数的连续性。