← 回到目录
高 等 数 学 · 第 一 章

间断点分类:
为什么非要分成四种

接着上一页。你已经会看左右极限了——这一页只做一件事:用它把"坏点"分门别类,并且说清楚为什么值得分。

第 1 幕

先把"连续"说成可检验的话

直觉版的连续是"一笔画下来,笔不抬"。这句话没法验算,得换成能一条条打勾的形式。

x₀ 这一点,要同时满足三件事
连续 = 「周围指的那个数」和「这一点真实的值」对上了。
第 2 幕

三个条件,就有三种掉出去的方式

不连续不是"一件事"。上面三条,坏哪条都算,而且坏法长得完全不一样:

坏了
这点没值,缺个洞
坏了
两队报的数不一样
坏了
有值也有极限,
可这点被挑到别处
间断不是一扇门,是三扇。从哪扇掉出去,后果差得很远。
不连续有三种掉出去的方式——是哪三条条件各自坏了?先别翻回去看。
① 这一点没有值(f(x₀) 无定义)
② 周围没指向同一个数(极限不存在)
③ 有值也有极限,但两个数对不上
第 3 幕

关键问题:这个坏点,修得好吗

下面两条曲线都在 x = 0 处断了。你手上只有一个权力:给 x=0 这一个点,指定一个值。

拖动滑块,把那个红点上下挪,看看能不能把曲线接上。

左边这条
右边这条
左边:—
右边:—

左边那条,只要把点放对高度就接上了,整条曲线其他地方一点毛病没有——它的病只有一个点那么大。

右边那条,你把点放到天上去也没用。无论如何都接不上,因为两侧本来就奔着不同的数去。

分类的真正依据不是"长什么样",是——
能不能只动一个点,就把它修好。
左边那条和右边那条,「只动一个点能不能修好」各是什么答案?为什么?
左边:把 f(0) 定成那个共同的高度就接上了,曲线其余地方毫发无伤——它的病只有一个点那么大。
右边不能:两侧本来就奔着两个不同的数,那个点放到天上也接不上。
第 4 幕

第一刀:砍在"两侧还在不在"

可是"修不好"的不止跳跃一种。1/x 修不好,sin(1/x) 也修不好,它们和跳跃是一类吗?

不是。再看一眼:跳跃的左右极限都还在,只是两个数不一样;而 1/xsin(1/x) 的左右极限压根就不存在。这是两种档次的坏。

第一刀砍在这里:
左右极限都存在(等不等无所谓)→ 第一类
只要有一侧不存在第二类

所以"第一类、第二类"不是老师随口编的序号。它衡量的是这个坏点还剩多少可用信息:第一类还能报回两个数,第二类连数都报不出来。

第一刀为什么砍在「两侧还在不在」,而不是砍在「两侧等不等」?
因为两侧都不存在的时候,「等不等」这个问题本身没有意义——你连两个数都拿不出来,拿什么比。
所以这两问的顺序不能换。
第 5 幕

第一类里再切一刀:两个数等不等

相等 → 可去间断点
补一个点就痊愈
不等 → 跳跃间断点
还能量出跳了多高

跳跃间断点有个好处:既然两个数都在,就能算出 跳跃度 = |右极限 − 左极限|。坏得多严重,是可以打分的。

可去间断点则名副其实——"可去"就是这个毛病可以被去掉:重新定义 f(x₀) 等于那个共同的极限值,函数当场变连续。

第 6 幕

第二类里也有两种常见坏法

无穷间断点
至少一侧奔向 ∞
振荡间断点
抖到说不出去向
⚠️ 说清楚一件事:第二类不止这两种,教材只是把最常遇到的两种点了名。所以判断顺序永远是——先确认它是第二类,再看它属于哪种常见形态,而不是反过来去套模板。
第 7 幕

整节的成品:这张树

前面六幕,只为了长出这一张图。这一节学完的标准,是你能合上书把它默画出来。

从上往下走,两个问题就到底了

注意这两个问题的顺序不能换:必须先问"两侧在不在",再问"两侧等不等"。
因为两侧都不存在的时候,"等不等"这个问题本身没有意义。

第 8 幕

工程上为什么在意这四个格子

这不是分类癖。四个格子对应四种完全不同的现实处境

可去—— 是我算法的问题,系统没事

sin x / x 在 x=0 算不出来,但物理上什么也没发生。补一个值,公式照用。采样丢了一个点,也是这一类。

跳跃—— 系统真的在这一瞬间突变了

开关通断、换挡、碰撞、相变。函数在这里不可导,控制器过这一点会抖,需要专门处理(限幅、滤波、分段建模)。

无穷—— 模型在这里失效了

共振、除零、结构失稳。算出"无穷大"通常意味着你的模型不该用在这儿了,而不是真有无穷大的力。

振荡—— 测不了

无论采样多密,都拿不到稳定读数。这一类点必须绕开,不能指望"多测几次取平均"。

给间断点分类,其实是在回答一个工程问题:
这个坏点,是我算法的问题,还是系统真的有事?
仿真里算出了「无穷大」。这通常意味着什么?
多半意味着你的模型在这一点失效了,而不是真有一个无穷大的力。
这正是给间断点分类的价值:分清楚是算法的问题,还是系统真的有事。
第 9 幕

整节话,就一行

先看两侧在不在(分第一类 / 第二类),
再看两侧等不等(分可去 / 跳跃)。
今 天 的 任 务

八道,每道只做两件事

① 徒手画出图像 ② 走一遍第 7 幕那张树,说出它落在哪个格子。
仍然一个 ε 都不许写。

  1. sin x / x,看 x → 0这点算不出来,可周围一点事没有
  2. |x| / x,看 x → 0顺便算一下它的跳跃度
  3. [x](取整),看 x → 2跳跃度是多少?每个整数点都一样吗?
  4. 1 / (x − 1),看 x → 1两侧奔的方向一样吗
  5. sin(1/x),看 x → 0先在纸上老实画十几个波,你才会信它真的没有去向
  6. e1/x,看 x → 0⚠️ 陷阱题。左边规规矩矩,右边直接炸掉。先分别算左右,再走树
  7. x · sin(1/x),看 x → 0⚠️ 陷阱题。它抖得厉害,但抖归抖——两侧到底有没有去向?
  8. tan x,看 x → π/2两侧奔的方向不一样,仍然是同一格
第 6、7 两题是本节的分水岭。把这两题判对,才算真的会走那张树;靠图形长相套模板的人,这两题必栽。
做完之后,对着答案先不要改
先在每道错题旁写一句:我是哪一步判错的——是左右极限算错了,还是树走错了岔路?
这两种错要吃的药完全不同。
做 完 之 后