Кіріспе
Математикалық функция, кенеттен өзгермейтін функция – функцияның аргументінің шағын өзгеруі функцияның мәнінің шағын өзгеруіне алып келетін функция. Бұл функция мәнінде кенеттен болатын өзгерістерді, яғни үздіксіздіктерді болдырмайды. Нақтырақ айтқанда, функция үздіксіз болып есептеледі, егер оның мәніндегі кез келгендей шағын өзгерістерді, аргументінің жеткілікті шағын өзгерістерімен шектеу арқылы қамтамасыз етуге болады. Үздіксіз емес функция – үздіксіз болмайтын функция. 19 ғасырға дейін математиктер көбінесе үздіксіздік туралы интуитивті түсініктерге сүйеніп, тек үздіксіз функцияларды қарастырған. Үздіксіздіктің анықтамасын формалдау үшін лимиттың эпсилон-дельта анықтамасы енгізілді. Үздіксіздік – математикалық есептеу және математикалық талдаудың негізгі ұғымдарының бірі, онда функцияның аргументтері мен мәндері нақты және кешенді сандар болып табылады. Бұл ұғым метрикалық кеңістіктер мен топологиялық кеңістіктер арасындағы функцияларға жалпыландырылған. Соңғылары – ең жалпы үздіксіз функциялар, ал олардың анықтамасы топологияның негізін құрайды. Үздіксіздіктің күшті түрі – біркелкі үздіксіздік. Теориялық тәртіпте, әсіресе домен теориясында, үздіксіздікпен байланысты Скотт үздіксіздігі деген ұғым бар. Мысалы, H(t) функциясы t уақытында өсіп жатқан гүлдің биіктігін көрсетеді, ол үздіксіз болып есептеледі. Керісінше, M(t) функциясы t уақытында банк шотындағы ақша сомасын көрсетеді, ол үздіксіз емес деп есептеледі, себебі ақша салынған немесе алынған әр уақытта "секіріп" отырады.
In mathematics, a continuous function is a function such that a small variation of the argument induces a small variation of the value of the function. This implies there are no abrupt changes in value, known as discontinuities. More precisely, a function is continuous if arbitrarily small changes in its value can be assured by restricting to sufficiently small changes of its argument. A discontinuous function is a function that is not continuous. Until the 19th century, mathematicians largely relied on intuitive notions of continuity and considered only continuous functions. The epsilon–delta definition of a limit was introduced to formalize the definition of continuity. Continuity is one of the core concepts of calculus and mathematical analysis, where arguments and values of functions are real and complex numbers. The concept has been generalized to functions between metric spaces and between topological spaces. The latter are the most general continuous functions, and their definition is the basis of topology. A stronger form of continuity is uniform continuity. In order theory, especially in domain theory, a related concept of continuity is Scott continuity. As an example, the function H(t) denoting the height of a growing flower at time t would be considered continuous. In contrast, the function M(t) denoting the amount of money in a bank account at time t would be considered discontinuous since it "jumps" at each point in time when money is deposited or withdrawn.
Тарих
Тұрақтылықтың эпсилон-дельта анықтамасы алғаш рет 1817 жылы Бернард Болцано берген. Огустин Луи Коши тұрақтылықты былай анықтады: тәуелсіз айнымалының шексіз кішкентай өсімшесі әрқашан тәуелді айнымалының шексіз кішкентай өзгерісін тудырады (мысалы, Cours d'Analyse, 34-бет). Коши шексіз кішкентай шамаларды өзгермелі шамалар арқылы анықтады, ал оның тұрақтылық туралы анықтамасы бүгінде қолданылатын шексіз кішкентай анықтамаға ұқсас (микротоқсандылықты қараңыз). Формалды анықтама және нүктелік тұрақтылық пен біркелкі тұрақтылық арасындағы айырмашылықты алғаш рет 1830 жылдары Болцано берді, бірақ бұл жұмыс 1930 жылға дейін жарияланбады. Болцано сияқты Карл Вейерштрасс функцияның c нүктесінде және c-нің екі жағында анықталмаса, оның тұрақтылығын жоққа шығарды, бірақ Эдуард Гурсат функцияны тек c-нің бір жағында және c нүктесінде анықтауға рұқсат берді, ал Камиль Джордан функция тек c нүктесінде анықталған жағдайда да рұқсат берді. Осы үш түрлі, тең емес нүктелік тұрақтылық анықтамаларының барлығы қазір де қолданылып келеді. Эдуард Хайне 1872 жылы біркелкі тұрақтылықтың алғашқы жарияланған анықтамасын берді, бірақ бұл идеялар Питер Густав Лежун Дирихле 1854 жылы берген дәрістерге негізделген.
Көрші-қолақтар бойынша анықтама
C нүктесінің маңы – бұл кем дегенде, c нүктесінен белгілі бір қашықтықтағы барлық нүктелерді қамтитын жиын. Интуитивті түрде, егер f функциясының c нүктесінің маңындағы мәндер жиыны, c нүктесінің маңының ені нөлге жақындағанда, бір нүктеге дейін тарылса, онда функция c нүктесінде үздіксіз болады. Нақтырақ айтқанда, f функциясы домендегі c нүктесінде үздіксіз болады, егер кез келген маңы үшін, оның доменіндегі бір маңы болса, онда бұл маңыдағы барлық x үшін f(x) мәні f(c) мәніне жақын болады. Маңы топологиялық кеңістікте анықталғандықтан, үздіксіз функцияның бұл анықтамасы тек нақты функциялар үшін ғана емес, сонымен қатар домен мен кодомен топологиялық кеңістіктер болған жағдайларда да қолданылады, демек, бұл ең жалпы анықтама болып табылады. Осыдан функция домендегі әрбір оқшауланған нүктеде автоматты түрде үздіксіз болатыны көрінеді. Мысалы, бүтін сандардағы кез келген нақты мәнді функция үздіксіз болады.
As neighborhoods are defined in any topological space, this definition of a continuous function applies not only for real functions but also when the domain and the codomain are topological spaces and is thus the most general definition. It follows that a function is automatically continuous at every isolated point of its domain. For example, every real valued function on the integers is continuous.
Асқынуды пайдалану арқылы анықтауы
Үзіліссіздік тербеліс тұрғысынан да анықталуы мүмкін: функция f нүктеде үздіксіз болады, егер және ғана егер сол нүктедегі тербелісі нөлге тең болса; символдармен, . Осы анықтаманың артықшылығы – ол үздіксіздіксіздікті сандық тұрғыдан бағалауға мүмкіндік береді: тербеліс функцияның нүктеде қаншалықты үздіксіздіксіз екенін көрсетеді. Бұл анықтама сипаттамалық жиынтық теориясында үздіксіздіксіздіктер мен үздіксіз нүктелер жиынтығын зерттеуге пайдалы – үздіксіз нүктелер тербелісі (осыдан жиын) кем болатын жиынтықтың қиылысы болып табылады – және Лебег интегралдану шартының бір бағытының жылдам дәлелін береді. Тербеліс қарапайым қайта орналастыру арқылы және тербелісті анықтау үшін шекті (lim sup, lim inf) пайдалану арқылы анықтауға тең: егер (берілген нүктеде) берілген үшін анықтаманы қанағаттандыратын болмаса, онда тербеліс кем дегенде және керісінше, егер әрбір үшін қажетті болса, онда тербеліс 0 болады. Тербеліс анықтамасын топологиялық кеңістік пен метрикалық кеңістікке бейнелеуге табиғи түрде жалпылауға болады.
Гиперреалдарды қолдану арқылы анықтамасы
Коши функцияның үздіксіздігін келесідей интуитивті түсініктермен анықтады: тәуелсіз айнымалының шексіз кішкентай өзгеруі, тәуелді айнымалының шексіз кішкентай өзгеруіне сәйкес келеді (Cours d'analyse, 34-бетті қараңыз). Стандартты емес анализ – бұл оны математикалық тұрғыдан қатаң түрде бекітудің бір жолы. Нақты сан осы шексіз және шексіз кішкентай сандарды қосу арқылы гипернақты сандарды құру арқылы кеңейтіледі. Стандартты емес анализде үздіксіздік мынадайша анықталуы мүмкін (микроүздіксіздікке қараңыз). Басқаша айтқанда, тәуелсіз айнымалының шексіз кішкентай ұлғаюы әрқашан тәуелді айнымалының шексіз кішкентай өзгеруін тудырады, бұл Огюстен Луи Кошидің үздіксіздік анықтамасына қазіргі заманғы түрін береді.
Экстремалды мән теоремасы
Экстремалды мән теоремасы бойынша, егер f функциясы жабық интервалда (немесе кез келген жабық және шектелген жиын) анықталған және сол жерде үздіксіз болса, онда функция өзінің ең жоғарғы мәніне жетеді, яғни, бар x үшін бар f(x) үшін f(x) ≥ f(y) барлық y үшін. Осыған ұқсас, f функциясының ең төменгі мәні үшін де дұрыс. Егер функция ашық интервалда (немесе жабық емес және шектелмеген кез келген жиын) анықталған болса, бұл мәлімдемелер, әдетте, дұрыс емес. Мысалы, (0,1) ашық интервалында анықталған үздіксіз функция ең жоғарғы мәнге жетпейді, себебі ол жоғарыдан шектелмеген.
Бағытты және жартылай үздіксіз
Тоқтама функциялар шектелген түрде үзіліссіз болуы мүмкін, бұл бағытталған үздіксіздік (немесе оң және сол жақты үздіксіз функциялар) және жартылай үздіксіздік түсініктерін тудырады. Жалпы айтқанда, функция оң жақты үздіксіз деп есептеледі, егер шектік нүктеге оң жақтан жақындағанда секіріс болмаса. Формальды түрде, f функциясы c нүктесінде оң жақты үздіксіз деп аталады, егер келесі шарт орындалса: Кез келген, қаншалықты кішкентай болса да, сан үшін, домендегі x-тің барлық мәндері үшін осы санды қанағаттандыратын x бар. Бұл үздіксіз функциялар үшін қолданылатын шартқа ұқсас, бірақ ол тек c-ден үлкен x үшін ғана орындалуы керек. Егер оны домендегі барлық x үшін орындауды талап етсек, онда сол жақты үздіксіз функциялар түсінігі пайда болады. Функция үздіксіз болу үшін, ол оң және сол жақты үздіксіз болуы керек және жеткілікті. f функциясы төменгі жартылай үздіксіз болады, егер кез келген секірістер тек төмен қарай болса, жоғары қарай емес. Яғни, кез келген сан үшін, домендегі x-тің барлық мәндері үшін осы санды қанағаттандыратын x бар. Кері шарт – жоғарғы жартылай үздіксіздік.
This is the same condition as continuous functions, except it is required to hold for x strictly larger than c only. Requiring it instead for all x with yields the notion of left continuous functions. A function is continuous if and only if it is both right continuous and left continuous. A function f is lower semi continuous if, roughly, any jumps that might occur only go down, but not up. That is, for any there exists some number such that for all x in the domain with the value of satisfies
The reverse condition is upper semi continuity.
Баламалы анықтамалар
Топологиялық құрылымға қатысты бірнеше мағыналас анықтамалар бар; демек, үздіксіз функцияны анықтаудың бірнеше мағыналас жолы бар.
Сүзгілер және алдын ала сүзгілер
Тұрақтылық сүзгілер арқылы да сипатталуы мүмкін. Функция үздіксіз болады, егер және тек қана егер бір жиынның сүзгісі сол жиындағы бір нүктеге жиналса, онда оның алдын ала сүзгісі де сол нүктеге жиналады. Бұл сипаттама "сүзгі" сөзі "алдын ала сүзгі" сөзімен ауыстырылғанда да сақталады.
Гомеоморфизмдер
Ашық карта тұрақты карта тұжырымына симметриялы болып табылады, онда ашық жиындардың бейнелері ашық болады. Егер f ашық карта болса және оның кері функциясы болса, онда ол кері функциясы үздіксіз болады, ал егер g тұрақты карта болса және оның кері функциясы болса, онда ол кері функциясы ашық болады. Екі топологиялық кеңістік арасындағы f биективті функцияны қарастырғанда, кері функцияның үздіксіз болуы міндетті емес. Үздіксіз кері функциясы бар биективті үздіксіз функция гомеоморфизм деп аталады. Егер үздіксіз биекцияның домені компакт кеңістік болса және кодомені Хаусдорф кеңістігі болса, онда ол гомеоморфизм болады.