2008-09-02 5:24| 
11 Comments | 本文内容遵从有人突然问到我，有不有可能构造一个函数，它只在一个点连续，其余地方处处不连续。函数构造是一个非常诱人的问题，我非常喜欢那些具有各种不可思议的性质的函数，那些令人吃惊的特性往往违背了大多数人的直觉和常识，这些都是茶余饭后闲谈的绝佳话题。前面提到的这个问题就是一个很有趣的问题。永远不要想当然地以为只在一点连续的函数不存在，各种怪相函数可谓无奇不有。仔细考虑了一下，我想这个函数应该和Dirichlet函数有点联系吧，毕竟很多与连续性相关的函数其原型都是Dirichlet函数，比如满足“无理点处处连续、有理点处处不连续”的爆米花函数就有Dirichlet函数的影子。然后我就突然想到，我彻底火星了，而且还是超级乌龙火星——这个玩意儿我自己还在Blog上写过，只是当时我并没注意到罢了。我曾经在描述Hilbert曲线时写到：
你知道吗，除了常函数之外还存在其它没有最小正周期的周期函数。考虑一个这样的函数：它的定义域为全体实数，当x为有理数时f(x)=1，当x为无理数时f(x)=0。显然，任何有理数都是这个函数的一个
最小正周期，因为一个有理数加有理数还是有理数，而一个无理数加有理数仍然是无理数。因此，该函数的最小正周期可以任意小。如果非要画出它的图象，大致看上去就是两根直线。请问这个函数是连续函数吗？如果把这个函数改一下，当x为无理数时f(x)=0，当x为有理数时f(x)=x，那新的函数是连续函数吗？
…………
有了Cauchy定义，回过头来看前面的问题，我们可以推出：第一个函数在任何一点都不连续，因为当ε< 1时，δ范围内总存在至少一个点跳出了ε的范围；第二个函数只在x=0处是连续的，因为此时不管ε是多少，只需要δ比ε小一点就可以满足ε-δ定义了。
类似地，我们可以扩展出只在两个点、只在三个点连续的函数。只需把有理点上的f(x)=x换成f(x)=(x-a)(x-b)(x-c)，我们便得到一个只在a, b, c三点连续的函数。
有点意思。
果然邪恶...
可以扩展到n各点吧...
Cool...
厉害。
显然，任何有理数都是这个函数的一个最小正周期
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应该说：任何有理数都是这个函数的正周期
有不有可能
？？？
[...] 我一直很喜欢有各种惊异性质的奇怪函数，比如阶梯状的连续函数、只在一点连续的函数、任意小的区间所对应的值域都是整个实数域的函数等等。在这里面，最令人吃惊的是恐怕要数在平面上处处稠密的单值函数，这个函数打破了一维和二维之间的界线，启发人们重新思考稠密性的意义。不过，有人提到，这个函数之所以在平面上稠密，是因为对于每一个有理数r，该点集在平行于x轴的直线y=r上都是稠密的。我们自然开始设想，有不有可能在平面上找到这样一个点集，它在平面上处处稠密，但在任意一条平行于坐标轴的直线上都无处稠密呢？ 这是可以办到的。为了简便起见，我们只考虑平面区域[0,1]×[0,1]上的点集。让我们考虑由所有满足以下条件的点(x,y)所组成的点集：x和y都是有限小数，并且小数位数是相同的。例如，点(0.0516, 0.1025)就属于这个点集，但(0.23, 0.1001)就不属于这个点集，(1/3, π/6)就更不属于该点集了。显然，对于任何一个有限小数x'，直线x=x'上都只有有限多个点；类似地，对于任意一个有限小数y'，直线y=y'上都只有有限多个点。因此，该点集在所有平行于坐标轴的直线上都无处稠密。有趣的是，该点集在整个平面区域内却处处稠密。在任意小的区间x'-ε≤x≤x'+ε，y'-ε≤y≤y'+ε中，总存在一对小数位数相同的x和y。我们只需要写出一个比ε更小的有限小数λ，然后取(x'+λ, y'+λ)（只保留和λ相同的位数），则该点必然在前面所说的范围内。 [...]
拜读了您的文章，对您这头大牛很钦佩。但是我不得不指出您的两点错误：一，根据函数连续的定义以及实数的稠密性，只有一点连续的函数是不存在的。二，如果您有幸看到Dirichlet函数的图像，您会发现，这个图像不是两条直线而是一条。
实数的稠密性？又不是有理数的稠密性，LS怎么推出不存在的？
作为处处不连续的可测函数，不是无法画出图象么
很多连续性确实会看到Dirichlet函数的影子
其实似乎我这里这本糟糕的微积分书（就是最普通的课本）上就有，把Dirichlet函数记做D(x)的话，前面提到的几个函数分别可以写成D(x)，xD(x)，(x-a)(x-b)(x-c)D(x)……
然后……似乎这里D(x)换成任意的处处不连续的有界函数，应该都没问题吧……而后面这个条件看起来可以发挥YY的空间，想象各种函数……