可积 可微 可导 连续
核心结论:在一元函数中,可导与可微等价,可导(可微)能推出连续,连续能推出可积;反之则不成立。在多元函数(如二元)中,关系会弱化,可微能推出偏导数存在和连续,但偏导数存在或连续单独都推不出可微。
一、核心概念定义(考研高频考点)
先明确每个概念的核心判断标准,避免混淆。
1. 连续
函数在某点连续,核心是“极限值=函数值”。
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定义:若
,则 在 处连续。 -
几何意义:函数图像在该点“无断点、无跳跃、无空洞”。
2. 可导
函数在某点可导,核心是“导数极限存在”(即变化率的极限有确定值)。
-
定义:若
存在,则 在 处可导,记为 。 -
几何意义:函数图像在该点有“唯一的切线”(无尖点、无垂直切线)。
3. 可微
函数在某点可微,核心是“函数增量能拆成线性主部+高阶无穷小”。
-
一元函数定义:若
(其中 是与 无关的常数, 是 的高阶无穷小),则 在 处可微,且 。 -
关键:一元函数中,可微与可导完全等价(这是考研选择题高频考点)。
4. 可积(定积分可积,即Riemann可积)
函数在区间上可积,核心是“积分和的极限存在”(与区间分割、点的选取无关)。
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定义:若
存在( 是最大区间长度),则 在 上可积。 -
考研常用可积条件:
- 连续函数必可积(最常用);
- 有有限个间断点的有界函数必可积(如分段函数有有限跳跃间断点,且整体有界)。
二、四者关系(分“一元函数”和“多元函数”,考研重点区分)
这是高频考点,务必结合反例记忆,避免“反向推导”的错误(如“连续必可导”是常见误区)。
1. 一元函数(如 ):关系链清晰
可导 ⇔ 可微 → 连续 → 可积(箭头仅表示“能推出”,反向不成立)
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可导与可微:完全等价(前面定义已说明)。
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可导(可微)→ 连续:可导要求极限存在,必然满足“极限值=函数值”,故连续;但连续推不出可导(反例:
在 处连续,但左导数=-1、右导数=1,导数不存在)。 -
连续 → 可积:连续函数在闭区间上必可积(定积分基本定理);但可积推不出连续(反例:
在 上可积,但在 处不连续)。 -
可导(可微)与可积:可导必连续,故可导必可积;但可积推不出可导(反例同上,可积函数可能有间断点,间断点处不可导)。
2. 多元函数(以二元函数 为例):关系弱化
可微 → 偏导数存在 / 连续(偏导数存在和连续之间无必然联系)
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可微的强性:可微能同时推出“偏导数存在”和“函数连续”,但反之不成立。
- 偏导数存在 ≠ 可微:需额外加“偏导数连续”的条件,才能推出可微(考研重点定理);反例:$f(x,y)=\begin{cases}\frac{xy}{x2+y2}, & (x,y) \neq (0,0) \ 0, & (x,y)=(0,0)\end{cases}
(0,0)$ 处偏导数存在,但不连续,故不可微。 - 连续 ≠ 可微:反例:
在 处连续,但偏导数不存在,故不可微。
- 偏导数存在 ≠ 可微:需额外加“偏导数连续”的条件,才能推出可微(考研重点定理);反例:$f(x,y)=\begin{cases}\frac{xy}{x2+y2}, & (x,y) \neq (0,0) \ 0, & (x,y)=(0,0)\end{cases}
-
可积:多元函数可积(二重积分)条件与一元类似,“连续必可积”“有界且间断点是零面积集必可积”,与偏导数、可微的直接关联较弱,重点记“连续必可积”即可。
三、考研备考建议
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牢记反例:遇到“判断对错”题,反例是快速解题的关键(如
对应“连续不可导”, 对应“可导但导数不连续”)。 -
多元函数抓“可微的充要条件”:即“偏导数存在且连续”,这是证明题或综合题的核心考点。
线性主部
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核心场景:函数增量的拆分
当函数 ( y = f(x) ) 在某点可微时,自变量增量为 ( \Delta x ),对应的函数增量 ( \Delta y = f(x+\Delta x) - f(x) ) 可拆成两部分:
( \Delta y = A \cdot \Delta x + o(\Delta x) )
其中,( A \cdot \Delta x ) 就是线性主部——“线性”指它是 ( \Delta x ) 的一次项(不含 ( \Delta x^2 ) 等高阶项),“主部”指当 ( \Delta x \to 0 ) 时,它是增量的主导部分,剩余的 ( o(\Delta x) ) 是“高阶无穷小”(比 ( \Delta x ) 趋近于0的速度更快,可忽略)。 -
关键属性:与导数/微分的关联
对一元函数,线性主部的系数 ( A ) 恰好是函数在该点的导数 ( f’(x) );且此时线性主部等于函数的微分 ( dy ),即 ( dy = f’(x) \cdot \Delta x = f’(x) \cdot dx )(因 ( dx = \Delta x ))。
这也是“可微”与“可导”在一元函数中等价的核心原因——可微的本质是“存在线性主部”,而可导的本质是“线性主部的系数存在”。 -
直观意义:局部线性近似
当 ( \Delta x ) 很小时,函数增量 ( \Delta y \approx 线性主部(即 dy) ),这意味着函数在该点附近可近似为“线性函数”(切线/切平面的近似)。比如用 ( f(x+\Delta x) \approx f(x) + f’(x)\Delta x ) 估算函数值,本质就是用线性主部替代了实际增量,是后续“微分近似计算”“泰勒展开”的基础。