Zusammenhang von Differenzierbarkeit und Stetigkeit
Satz 15J3 (Stetigkeit differenzierbarer Funktionen)
Beweis
f(x)=f(x0)+f′(x0)⋅(x−x0)+R(x)⋅(x−x0)
mit
limx→x0R(x)=0.
Dann ist
limx→x0f(x) =limx→x0(f(x0)+f′(x0)⋅(x−x0)+R(x)⋅(x−x0))=f(x0),
Die Umkehrung von Satz 15J3 muss nicht gelten, wie die folgenden Beispiele verdeutlichen.
Beispiele für stetige, nicht differenzierbare Funktionen
Beispiel 166A (Betragsfunktion)
ΔxΔy=x−x0f(x)−f(x0)=x∣x∣.
Er nimmt für
x>0 den Wert 1 und für
x<0 den Wert -1 an. Damit kann sein
Grenzwert für
x→0 nicht existieren und die
Funktion ist an dieser Stelle nicht
ableitbar.
Noch unübersichtlicher ist die Situation in folgendem Beispiel.
limx→0x⋅sinx1=0
gilt. Wenn man nun eine
Funktion mit
f(0)=0 und
f(x)=x⋅sinx1 für
x=/0 definiert, so ist diese an der Stelle
x0=0 sicher
stetig (
Funktionsgrenzwert stimmt mit Funktionswert überein!) Für den
Differenzenquotienten gilt:
hf(0+h)−f(0)=hf(h)=sinh1
Dieser Ausdruck hat für
h→0 keinen
Grenzwert sondern oszilliert heftigst.
Wir betrachten die durch
f(0)=0 und
f(x)=x2⋅sinx1 für
x=/0 definierte
Funktion.
f ist
differenzierbar. Für
x=/0 können wir ihre
Ableitung nach den bekannten Regeln mit
f′(x)=2x⋅sinx1−cosx1
berechnen.
Für
x=0 müssen wir zur Definition der
Ableitung greifen:
f′(0)=limh→0hf(0+h)−f(0) =limh→0hh2sinh1 =limh→0h⋅sinh1=0 (siehe
Beispiel 15J5)
Damit existiert die
Ableitung auch für
x=0. Die
Funktion f′(x) strebt für
x→0 jedoch gegen keine
Grenzwert, da dies am Term
cosx1 scheitert.
Damit ist die
Ableitung für
x=0 unstetig.
Wer die erhabene Weisheit der Mathematik tadelt, nährt sich von Verwirrung.
Leonardo da Vinci
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