问题

x=a,a为常数,这个图像是连续的吗?

回答
在讨论 x=a(其中 a 是一个常数)这个图像的连续性之前,我们先要明确“图像”在这里指的是什么。在数学和图形学的语境下,x=a 通常描绘的是一个垂直于 x 轴的直线。

为了理解为什么这条直线是连续的,我们可以从几个角度来剖析:

1. 函数的视角:

我们可以将 x=a 看作是一个非常特殊的函数定义。虽然我们习惯于写 y=f(x) 这样的形式,但 x=a 实际上是在描述一个所有点 (x, y) 都满足 x 坐标恒等于 a 的几何图形。

如果硬要把它写成 y=f(x) 的形式,那会有点别扭。通常我们理解的函数是对于每一个合法的 x 值,都有唯一一个 y 值与之对应。而 x=a 的情况是,对于 x=a 这个唯一的 x 值,y 可以取任意的实数。

所以,更严谨地说,x=a 本身并不是一个以 x 为自变量的标准函数图像。它更像是一个在笛卡尔坐标系中,所有 x 坐标都固定为 a 的点的集合。

2. 点的连续集合:

现在,让我们聚焦于这个“点的集合”。在这个集合里,每一个点都长这样:(a, y),其中 y 可以是任何实数。

我们可以想象一下,在这个集合中的点是如何排列的。当我们从某个 y 值开始(比如 y=0,点是 (a, 0)),然后慢慢增加 y 的值(y=0.1, 0.2, 0.3... 直到 y=1, 1.1, 1.2... 如此无限地向上),我们绘制出了一连串的点。这些点紧密地挨在一起,中间没有任何“断开”的地方。即使我们向下移动 y 的值(y=0.1, 0.2...),情况也一样。

从这个角度看,x=a 所代表的图像就是由无数个紧密相连的点组成的集合。这些点是如此之近,以至于在视觉上,我们看到的是一条不间断、没有缝隙的直线。

3. 从“邻域”的角度理解连续性:

在微积分中,我们讨论函数的连续性常常会用到“邻域”的概念。简单来说,如果一个函数的图像在某一点是连续的,意味着该点附近的函数值也“紧跟着”该点的值。

虽然 x=a 不是一个严格意义上的 y=f(x) 函数,但我们可以借用这个思想。考虑 x=a 这条直线上的任意一点,比如说 (a, y₀)。它的“邻居”是什么?它上面的邻居是 (a, y₀ + ε),下面的邻居是 (a, y₀ ε),其中 ε 是一个非常小的正数。

我们可以看到,无论我们选择直线上的哪一点 (a, y₀),我们总能找到它“上面”和“下面”的点,并且这些点之间的距离可以任意小。不存在这样一个点,无论我们离它有多近,都找不到另一个属于 x=a 这条直线的点。

4. 可视化理解:

想象你在画这张图。你拿起笔,在纸上找到 x 轴上对应常数 a 的位置。然后,你将笔尖固定在那个 x 值上,并让它垂直于 x 轴向上或向下移动,不离开纸面。无论你画多远,你的笔尖始终保持在 x=a 这个垂直线上。你不需要提起笔来跳跃到另一个 x 值,因为所有的点都在同一个垂直线上。这种不间断的绘制过程,自然就构成了一条连续的线。

总结一下:

x=a 所代表的图像是一条垂直于 x 轴的直线。它之所以被认为是连续的,是因为:

它是由无数个紧密相连的点组成的集合。
从局部来看,任何一点的“邻居”都存在于这条直线上,且它们之间的间隔可以无限小。
在图形绘制上,它是一个不间断的轨迹。

它不像一个断点函数(例如,在一个点上突然出现一个跳跃),也不像一个只有几个孤立点的集合。这条直线就像数学世界中的一个实体,没有中断,没有间隔,是“完整”的。因此,我们可以肯定地说,x=a 的图像是连续的。

网友意见

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谢邀,这个问题其实不蠢,而且我觉得大部分数学本科生大概也不知道这个东西。研究这种一对多的分析学叫“多值分析”,在这个门类定义下这个“函数“是上半连续的 而且这类是最典型的上半连续。请和一般意义上的单值泛函的上(下)半连续区别开,这两者名字一样,但是不是一回事。上半连续多值映射是非常重要的一类映射,K. Deimling的教材管它叫multi而不是mapping,我这里偷懒一下,就叫映射了。( @Richard Xu 提醒到搞经济学的管这个叫correspondence)

这种映射在博弈论中具有非常基础的的作用,因为一个鞍点问题可以转化为一个多值映射的不动点问题。 上半连续性可以保证一类不动点成立。比如,下面的Brouwer不动点定理的多值推广(Kakutani fixed-point theorem):

设 是 中的有界凸闭集,而映射 是一个上半连续,而且对于任意 , 是非空凸闭集,那么它有一个不动点 。

对于一个多值映射 , 对于此类多值映射,我们首先定义如下的原像:

然后我们可以如下定义上(下)半连续性

有些教材用hemicontinuous而不是用semicontinuous 来表示多值映射的“半连续“。


再重复一次,上半连续(u.s.c.) 是这样定义的, 对于任意闭集 , 是一个闭集。 如果这个映射是但值的,那么我们可以发现上(下)半连续就是连续。 对于上半连续,我们有下面的等价刻画:

你给的例子,是上半连续而不是下半连续的,也有下半连续,但是非上半连续的例子。比如


上半连续还可以通过 语言刻画,如果 是紧的,那么它等价于下面的刻画:设 , 对于任意 , 存在 使得

成立。

另一个等价刻画是这样的


事实上,类似于 的多值映射是典型的上半连续函数,这这个例子中你可以认为 , .

PS: 题主说自己的教授是做博弈的,那么他知道这种连续性是不奇怪的,这是他吃饭的家伙当然了,大部分学过非线性泛函分析的人都应该知道这种映射。

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