题目
4.证明:若f在点x0连续,则|f|与f ^2也在点x0连续.又问:若|f|或f^2在I上连续,那么f在-|||-I上是否必连续?

题目解答
答案

解析
步骤 1:证明|f|在点x0处连续
由于f(x)在点x0处连续,对任意给定的 $\varepsilon > 0$,存在 $\delta > 0$,使得当 $|x - x_0| < \delta$ 时,有 $|f(x) - f(x_0)| < \varepsilon$。根据不等式 $||a| - |b|| \leqslant |a - b|$,当 $|x - x_0| < \delta$ 时,有 $||f(x)| - |f(x_0)|| \leqslant |f(x) - f(x_0)| < \varepsilon$。因此,$\lim_{x \to x_0} |f(x)| = |f(x_0)|$,即|f(x)|在点x0处连续。
步骤 2:证明f^2在点x0处连续
由于 $f^2 = |f| \cdot |f|$,而|f|在点x0处连续,根据连续函数的乘积仍为连续函数的性质,f^2(x)在点x0处连续。
步骤 3:讨论|f|或f^2在I上连续时,f在I上是否必连续
当|f|或f^2在I上连续时,f在I上不一定连续。例如,定义函数f(x)如下:
$$
f(x) = \begin{cases}
1, & x \text{为整数} \\
-1, & x \text{为非整数}
\end{cases}
$$
则|f|与f^2为常值函数,在R上处处连续,但f(x)在R上不连续。
由于f(x)在点x0处连续,对任意给定的 $\varepsilon > 0$,存在 $\delta > 0$,使得当 $|x - x_0| < \delta$ 时,有 $|f(x) - f(x_0)| < \varepsilon$。根据不等式 $||a| - |b|| \leqslant |a - b|$,当 $|x - x_0| < \delta$ 时,有 $||f(x)| - |f(x_0)|| \leqslant |f(x) - f(x_0)| < \varepsilon$。因此,$\lim_{x \to x_0} |f(x)| = |f(x_0)|$,即|f(x)|在点x0处连续。
步骤 2:证明f^2在点x0处连续
由于 $f^2 = |f| \cdot |f|$,而|f|在点x0处连续,根据连续函数的乘积仍为连续函数的性质,f^2(x)在点x0处连续。
步骤 3:讨论|f|或f^2在I上连续时,f在I上是否必连续
当|f|或f^2在I上连续时,f在I上不一定连续。例如,定义函数f(x)如下:
$$
f(x) = \begin{cases}
1, & x \text{为整数} \\
-1, & x \text{为非整数}
\end{cases}
$$
则|f|与f^2为常值函数,在R上处处连续,但f(x)在R上不连续。