首先,我们需要明确一点:一个函数在某一点可导,意味着该函数在该点的导数存在。然而,这并不意味着该函数在该点一定连续。实际上,存在一些函数,它们在某点可导但并不连续。以下是一些典型的例子:
### 一、分段函数
考虑以下分段函数:
f(x)={1,x<00,x=02,x>0f(x) = \begin{cases}
1, & x < 0 \\
0, & x = 0 \\
2, & x > 0
\end{cases}f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧1,0,2,x<0x=0x>0
这个函数在x=0x = 0x=0处可导,因为f′(0)f'(0)f′(0)存在(通过导数定义可求得f′(0)=0f'(0) = 0f′(0)=0)。但是,函数在x=0x = 0x=0处并不连续,因为它的左右极限不同(左极限为1,右极限为2)。
**注意**:虽然这个例子说明了函数在某点可导但不连续,但它并不直接展示导函数(即原函数的导数)的不连续性。为了展示导函数的不连续性,我们需要考虑更复杂的函数。
### 二、复杂函数(振荡函数构造的复合函数)
考虑以下函数:
f(x)={0,x=0x2sin(1/x),x≠0f(x) = \begin{cases}
0, & x = 0 \\
x^2\sin(1/x), & x
eq 0
\end{cases}f(x)={0,x2sin(1/x),x=0x≠0
这个函数在全体实数上可导。当x≠0x
eq 0x≠0时,其导数为:
f′(x)=2xsin(1/x)−cos(1/x)f'(x) = 2x\sin(1/x) - \cos(1/x)f′(x)=2xsin(1/x)−cos(1/x)
在x=0x = 0x=0处,由导数定义可得f′(0)=0f'(0) = 0f′(0)=0。然而,当x→0x \to 0x→0时,cos(1/x)\cos(1/x)cos(1/x)在−1-1−1到1之间无限振荡,导致limx→0f′(x)\lim_{x \to 0} f'(x)limx→0f′(x)不存在。因此,尽管原函数f(x)f(x)f(x)在整个实数集上是处处可导的,但其导函数f′(x)f'(x)f′(x)在x=0x = 0x=0处是不连续的。
这个例子展示了即使一个函数在其定义域内处处可导(即光滑),其导数也可能具有非常不同的性质,包括不连续性。
综上所述,我们给出了两种类型的函数例子,它们在某点或某区间内可导但不连续(对于第二种例子,是指其导函数不连续)。这些例子有助于我们深入理解导数的存在性与连续性之间的关系。