Kontinuerlig funksjon med størst mulig definisjonsmengde

Kontinuerlig funksjon med størst mulig definisjonsmengde

En funksjon ff er definert ved

f(x)={x,0x25x,2<x5f(x) = \begin{cases} x\text{,} & 0 \le x \le 2 \\ 5 - x\text{,} \quad & 2 < x \le 5 \end{cases}

Gi funksjonen ff en ny definisjonsmengde slik at følgende er oppfylt samtidig:

  • ff skal være kontinuerlig.
  • Den nye definisjonsmengden skal være så stor som mulig.
  • Verdimengden til ff skal være uendret.
Fasit

Df=[0,22,5]\underline{\underline{D_f = [0, 2\rangle \cup \langle 2, 5]}}. Da er ff kontinuerlig på hele DfD_f, Vf=[0,3V_f = [0, 3\rangle er uendret, og vi har bare fjernet det enkelte punktet x=2x = 2.

LøsningsforslagKI-generert

Vi sjekker først om ff er kontinuerlig i x=2x = 2:

  • Fra venstre: limx2f(x)=2\lim_{x \to 2^-} f(x) = 2
  • Fra høyre: limx2+f(x)=52=3\lim_{x \to 2^+} f(x) = 5 - 2 = 3

Grensene er ulike, så ff har et hopp i x=2x = 2 og er ikke kontinuerlig der.

Verdimengden til den opprinnelige ff:

  • f(x)=xf(x) = x[0,2][0, 2] gir [0,2][0, 2]
  • f(x)=5xf(x) = 5 - x2,5]\langle 2, 5] gir [0,3[0, 3\rangle (verdien 33 nås aldri fordi x=2x = 2 ikke er med i andre stykke)

Til sammen: Vf=[0,3V_f = [0, 3\rangle.

For å gjøre ff kontinuerlig må vi unngå hoppet ved x=2x = 2. Den enkleste måten er å fjerne kun selve punktet x=2x = 2:

Df=[0,22,5]D_f = [0, 2\rangle \cup \langle 2, 5]

På denne mengden er ff kontinuerlig (polynomer er kontinuerlige på hver komponent, og x=2x = 2 er ikke lenger i DfD_f).

Verdimengden blir:

  • f([0,2)=[0,2f([0, 2\rangle) = [0, 2\rangle
  • f(2,5])=[0,3f(\langle 2, 5]) = [0, 3\rangle
  • Til sammen: Vf=[0,3V_f = [0, 3\rangle — uendret.

Definisjonsmengdens “lengde” er fortsatt 55 (vi har bare fjernet ett enkeltpunkt). Dette er den største mulige definisjonsmengden som oppfyller begge krav: vi kan ikke ha med x=2x = 2 uten å bryte kontinuiteten.

Svar: Df=[0,22,5]\underline{\underline{D_f = [0, 2\rangle \cup \langle 2, 5]}}.