连续性的 epsilon-delta 语言

分析拓扑 2026年7月24日

以 f(x)=x^2 为例,记录从直观连续性到 epsilon-delta 估计的一个基本推导。

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从直观到定义

连续性可以先理解为:当输入足够接近某一点时,函数值也会足够接近该点的函数值。epsilon-delta 语言把这句话写成一个可以检验的量化命题。

epsilon-delta 表述

函数 ff 在点 aa 连续,当且仅当对每个 ε>0\varepsilon > 0,都存在 δ>0\delta > 0,使得

∣x−a∣<δ  ⟹  ∣f(x)−f(a)∣<ε.|x-a| < \delta \implies |f(x)-f(a)| < \varepsilon.

这个定义将输入的扰动与输出的扰动联系起来;其中 delta 可以依赖于给定的 epsilon。

一个简单例子

令 f(x)=x2f(x)=x^2。若先要求 ∣x−a∣<1|x-a|<1,便有

∣x+a∣≤∣x−a∣+2∣a∣<2∣a∣+1.|x+a| \le |x-a|+2|a| < 2|a|+1.

于是

∣x2−a2∣=∣x−a∣∣x+a∣|x^2-a^2|=|x-a||x+a|

因此只要取

δ=min⁡{1,ε2∣a∣+1},\delta=\min\left\{1,\frac{\varepsilon}{2|a|+1}\right\},

就能保证 ∣x2−a2∣<ε|x^2-a^2|<\varepsilon。这里的关键不是公式本身,而是先在一个固定邻域内控制另一个因子,再把剩余的误差留给 $|x-a|。