2.3 习题课讲解

2.3.1 大O和小o

例 2.3.1 (star) 证明x2+y2≠O(xy)。

证明 由定义,x2+y2=O(xy)等价于∃C>0,∃δ>0,使得∀(x,y)∈R2,当0<∥(x,y)∥<δ时,有(1)x2+y2≤Cxy 设δ<12,取x=δ2、y=δ2,则有(2)C≥x2+y2xy=4δ4+δ22δ3=2δ+12δ→+∞,δ→0 故不存在满足条件的C。 ◻

2.3.2 多元函数的可微性

例 2.3.2 (例1) 若f(x,y)在点(0,0)的某个邻域内有定义,f(0,0)=0,且(3)lim(x,y)→(0,0)f(x,y)−x2+y2x2+y2=a 其中a为常数。证明:

(1)

f(x,y)在点(0,0)处连续;

(2)

若a≠−1,则f(x,y)在点(0,0)处连续,但不可微;

(3)

若a=−1,则f(x,y)在点(0,0)处可微。

证明 已知条件可化为f(x,y)−x2+y2x2+y2=a+o(1),(x,y)→(0,0),亦即 (4)f(x,y)=(a+1)x2+y2+o(x2+y2),(x,y)→(0,0)

(1) 由上式知lim(x,y)→(0,0)f(x,y)=0,再根据已知f(0,0)=0,因此f(x,y)在点(0,0)处连续。

(2) 若a≠−1,则f(x,0)=(a+1)|x|+o(|x|),x→0,f不可微。

(3) 若a=−1,则f(x,y)=o(x2+y2),(x,y)→(0,0),从而f在点(0,0)处可微, df(0,0)=0。 ◻

注 由上式知,f在点(0,0)处可微当且仅当z=(a+1)x2+y2在点(0,0)处可微。当a≠1时,曲面z=(a+1)x2+y2是圆锥面,它在顶点处没有切平面,所以函数不可微。具体而言,z=(a+1)x2+y2是一次齐次的,即:若(x,y,z)在该曲面上,则整个射线(tx,ty,tz)(t≥0)都位于该曲面上。因此z=(a+1)x2+y2在原点可微当且仅当它是平面,但这只有a=−1是才成立。

例 2.3.3 (例2) 讨论函数f(x,y)={|xy|x2+y2sin⁡(x2+y2),x2+y2≠00,x2+y2=0在(0,0)点处的连续性和可微性。

解 (1) ||xy|x2+y2sin⁡(x2+y2)|≤|xy|→0,(x,y)→0,从而f(x,y)在(0,0)点连续。

(2) 因为(5)f(x,x)=|x|sin⁡(2x2)2x2=|x|+o(|x|),x→0 所以f沿直线(x,x)在x=0时不可微,所以f不可微。 ◻

注 f(x,y)=|xy|(1+o(1))=|xy|+o(|xy|)=|xy|+o(r),所以f在原点可微当且仅当z=|xy|在原点可微。z=|xy|是一次齐次函数,但它不是平面,所以在原点处不可微。

例 2.3.4 (例2补,star) 函数(6)g(x,y)={xyx2+y2sin⁡(x2+y2),(x,y)≠(0,0)0,(x,y)=(0,0) 在(0,0)处是多少阶连续可微的?

解 定义函数sincx:=sin⁡xx(补充定义sinc0=0),根据Taylor公式可得(7)sincx=sin⁡xx=∑k=0n(−1)kx2k(2k+1)!+o(x2n),x→0,∀n∈N 因此sinc∈C∞。

由于x2+y2∈C∞,故sinc(x2+y2)∈C∞。又因为xy∈C∞,故g(x,y)∈C∞。 ◻

例 2.3.5 (例3,star) 下列条件成立时能够推出f(x,y)在(x0,y0)点可微,且全微分df=0的是____。

(A)

偏导数fx′(x0,y0)=fy′(x0,y0)=0;

(B)

f(x,y)在点(x0,y0)的全增量Δf=ΔxΔy(Δx)2+(Δy)2;

(C)

f(x,y)在点(x0,y0)的全增量Δf=sin⁡((Δx)2+(Δy)2)(Δx)2+(Δy)2;

(D)

f(x,y)在点(x0,y0)的全增量Δf=((Δx)2+(Δy)2)sin⁡1(Δx)2+(Δy)2。

解 (A) 例2.3.3中的函数满足fx′(0,0)=fy′(0,0)=0,但f在(0,0)处并不可微。

(B) 参见例3.1.2(4)。

(C) 记r=(Δx)2+(Δy)2,则(8)Δf=sin⁡r2r=r2+o(r2)r=r+o(r),r→0 所以f连续,但不可微(理由同例2.3.2)。

(D) Δf=o(r),r=(Δx)2+(Δy)2→0,从而f可微,且df(x0,y0)=0。 ◻

注 偏导数存在不能推出可微,全微分df=0的充要条件是全增量Δf=o(Δx2+Δy2)。

例 2.3.6 (例4,star) 设 f(x,y)=|xy|,则在 (0,0) 点____。

(A)

连续,但偏导数不存在;

(B)

偏导数存在,但不可微;

(C)

可微;

(D)

偏导数存在且连续。

解 (D)蕴涵(C)。由例2.3.3中的方法知f不可微,所以(C)假,从而(D)假。(9)f(x,0)=0=f(0,y) 所以存在偏导数,因此(A)假,(B)真。 ◻

注 设f(x,y)=|xy|。注意到f(x,x)=|x|,不具有线性,故不可微。而f(x,0)=f(0,y)=0,故f在(0,0)处的偏导数存在,且均为0。

例 2.3.7 (例5) 设f(x,y)={xysin⁡1x2+y2,(x,y)≠(0,0)0,(x,y)=(0,0),讨论f(x,y)在点(0,0)处的连续性,偏导数存在性,偏导函数连续性,以及可微性。

解 注意到(10)f(x,y)=O(xy)=o(x2+y2),(x,y)→(0,0) 所以f在(0,0)处可微,从而连续。df(0,0)=0,从而fx′(0,0)=fy′(0,0)=0。当(x,y)≠(0,0)时,f为初等函数,所以f偏导数连续。计算可得(11)fx′(x,y)=ysin⁡1x2+y2+xycos⁡1x2+y2x(x2+y2)3/2 其中(12)lim(x,y)→(0,0)ysin⁡1x2+y2=0 而(13)xycos⁡1x2+y2x(x2+y2)3/2=cos2⁡θsin⁡θcos⁡1r 所以极限lim(x,y)→(0,0)xycos⁡1x2+y2x(x2+y2)3/2不存在,所以f的偏导数在(0,0)处不连续。 ◻

例 2.3.8 (例6,star) 设f(x,y)=(x+y)φ(x,y),其中φ在(0,0)处连续,求df(0,0)。有如下做法:

df(x,y)=[φ(x,y)+(x+y)φx(x,y)]dx+[φ(x,y)+(x+y)φy(x,y)]dy。令(x,y)=(0,0),df(0,0)=φ(0,0)(dx+dy)。

指出上述方法的错误,并给出正确做法。

解 原做法使用了φ可微这个原题未提供的条件。正确的做法为:(14)f(x,y)−f(0,0)=(x+y)φ(x,y)=(x+y)[φ(0,0)+o(1)]=φ(0,0)(x+y)+o(x2+y2),(x,y)→(0,0) ◻

注 非常遗憾的错误:φ(x,y)=φ(0,0)+o(r)。

2.3.3 微分与偏导数

例 2.3.9 (例7) 设二元函数f(x,y)在点(a,b)处可微,求极限limx→0f(a+x,b)−f(a,b−x)x。

解 注意到(15)f(a+x,b)−f(a,b−x)=[f(a,b)+fx′(a,b)x+o(x)]−[f(a,b)+fy′(a,b)(−x)+o(x)]=[fx′(a,b)+fy′(a,b)]x+o(x),x→0 所以limx→0f(a+x,b)−f(a,b−x)x=fx′(a,b)+fy′(a,b)。 ◻

例 2.3.10 (例8,star) 设z(x,y)定义在矩形区域D={(x,y)∣0≤x≤a,0≤y≤b}上的C2函数。证明:

(1)

z(x,y)=f(y)⟺∀(x,y)∈D,∂z∂x=0;

(2)

z(x,y)=f(x)+g(y)⟺∀(x,y)∈D,∂2z∂x∂y=0。

注 (1) ⟸利用中值定理;(2) ⟸利用定积分。

证明 (1) ⟹:显然。⟸:(16)z(x,y)−z(a,y)=zx′(ξ,y)(x−a)=0

(2) ⟹:g(y)=z(a,y)−f(a)是可微函数,所以(17)zy′(x,y)=g′(y),zyx(2)(x,y)=0

⟸:由(1)知∂z∂y(x,y)=h(y),由条件知h连续。于是(18)z(x,y)−z(x,b)=∫byzy′(x,t)dt=∫byh(t)dt=:g(y) ◻

例 2.3.11 (例9,star) 设z=arcsin⁡xy,求dz。

解 计算可得(19)∂z∂x=11−x2y21y,∂z∂y=11−x2y2(−xy2) 因此(20)dz=∂z∂xdx+∂z∂ydy=1y1−x2y2dx+11−x2y2(−xy2)dy ◻

另解 对x=ysin⁡z两边求微分得到(21)dx=sin⁡zdy+ycos⁡zdz 从而(22)dz=1ycos⁡zdx−sin⁡zycos⁡zdy=1y1−x2y2dx−x1−x2y2dy 这样避免了直接求反三角函数的导数。 ◻

注 注意函数定义域,考虑y<0!(23)dz=1y1−x2y2dx−xy21−x2y2dy=sgnyy2−x2dx−x|y|y2−x2dy

例 2.3.12 (例10) 设函数z=2cos2⁡(x−y2),证明:∂2z∂x∂y+2∂2z∂y2=0。

证明 记z=f(x−y2),则dz=f′(x−y2)(dx−12dy),从而(24)∂z∂x=−2∂z∂y 因此(25)∂2z∂x∂y+2∂2z∂y2=∂∂y[∂z∂x+2∂z∂y]=0 ◻

注1 如果求解微分方程∂2z∂x∂y+2∂2z∂y2=0,先做因式分解∂2∂x∂y+2∂2∂y2=∂∂y(∂∂x+2∂∂y)。再做变量替换u=x+ay、v=bx+y,则对z=f(x+ay,bx+y)有(26)∂∂y(∂∂x+2∂∂y)z=∂∂y(f(1,0)(u,v)+f(0,1)(u,v)b+2f(1,0)(u,v)a+2f(0,1)(u,v))=f(2,0)(u,v)(a+2a2)+f(1,1)(u,v)(1+ab+4a)+f(0,2)(u,v)(b+2) 取a=0、b=−2,则0=∂∂y(∂∂x+2∂∂y)z=f(1,1)(u,v),解得(27)z=g(u)+h(v)=g(x)+h(−2x+y)

注2 也可以设w=∂z∂x+2∂z∂y,则∂w∂y=0,从而 w=w(x)。再解一阶微分方程(28)∂z∂x+2∂z∂y=w(x) 我们用特征线法求解这个一阶偏微分方程。考虑z(x(t),y(t)),对t求导,得到(29)ddtz(x(t),y(t))=∂z∂xx′(t)+∂z∂yy′(t) 于是取x(t)=x0+t、y(t)=y0+2t,因此(30)ddtz(x0+t,y0+2t)=w(x0+t) 从而(31)z(x0+t,y0+2t)=z(x0,y0)+∫0tw(x0+s)ds 于是(32)z(x,y)=z(0+x,y−2x+2x)=z(0,y−2x)+∫0xw(s)ds=h(y−2x)+g(x)

注3 二阶偏微分方程Az(2,0)+Bz(1,1)+Cz(0,2)=0称为双曲型方程,如果B2−4AC>0。双曲型方程总可以经适当换元分解为两个一阶线性偏微分方程组成的方程组,对后者可以用特征线法求解。

例 2.3.13 (例11) 设函数z=(x+2y)xy,求∂z∂x及∂z∂y。

解 原式可化为z=exyln⁡(x+2y),计算可得(33)∂z∂x=exyln⁡(x+2y)[yln⁡(x+2y)+xyx+2y],∂z∂x=exyln⁡(x+2y)[xln⁡(x+2y)+2xyx+2y] ◻

例 2.3.14 (例13,star) 设f∈C1(R2),且f(x,x2)≡1。

(1)

若fx′(x,x2)=x,求fy′(x,x2);

(2)

若fy′(x,y)=x2+2y,求f(x,y)。

解 (1) 为避免符号引起歧义,我们记f1′(x,y)表示在点(x,y)处对f的第一个自变量求偏导数,记f2′(x,y)表示在点(x,y)处对f的第二个自变量求偏导数。于是f1′(x,x2)=x。对f(x,x2)≡1求导得到(34)0=ddx(f(x,x2))=f1′(x,x2)⋅1+f2′(x,x2)⋅2x=0 所以当x≠0时,f2′(x,x2)=−12。再由f偏导数连续,得到对任意x,f2′(x,x2)=−12。

(2)视x固定,对y用Newton-Leibniz公式(35)f(x,y)=f(x,x2)+∫x2yfy′(x,t)dt=1+∫x2y(x2+2t)dt=1+x2(y−x2)+(y2−x4)=x2y+y2+1−2x4 也可以用不定积分,(36)f(x,y)=∫fy′(x,y)dy=x2y+y2+C 但要注意这里C是相对于y而言的常数,它应该是关于x的函数。所以(37)f(x,y)=x2y+y2+C(x) 再把条件f(x,x2)=1代入,得到(38)1=x2x2+x4+C(x) 得到C(x)=1−2x4。所以f(x,y)=x2y+y2+1−2x4。 ◻

注1 (1) 在x≠0时对f(x,x2)=1求导可得f2′(x,x2)=−12,随后利用偏导数的连续性得到f2′(x,x2)=−12。

(2) 为了避免把C误当作常数,建议同学们使用Newton-Leibniz公式,尽量避免使用不定积分。

注2 多元微积分中的符号常给同学们造成困惑。二元函数f经过函数复合后成为一元函数g(x)=f(x,x2),ddxf(x,x2)是这个一元函数的导数,即g′(x),也就是(39)limt→0f(x+t,(x+t)2)−f(x,x2)t fx′(x,x2)是二元函数f(x,y)对第一个自变量x的偏导数在点(x,x2)处的值,即(40)fx′(x,x2)=limt→0f(x+t,x2)−f(x,x2)t 二者的含义是不同的,前者是先取值后求导,后者是先求导后取值。

例 2.3.15 (例16) 设函数z=arctan⁡x−yx+y,求∂z∂x,∂z∂y,dz,∂2z∂x∂y。

解 原式可化为x−y=(x+y)tan⁡z,两边求微分可得(41)dx−dy=tan⁡z(dx+dy)+(x+y)(1+tan2⁡z)dz 所以(42)dz=1−tan⁡z(x+y)(1+tan2⁡z)dx−1+tan⁡z(x+y)(1+tan2⁡z)dy=1−x−yx+y(x+y)(1+(x−yx+y)2)dx−1+x−yx+y(x+y)(1+(x−yx+y)2)dy=yx2+y2dx−xx2+y2dy 亦即(43)∂z∂x=yx2+y2,∂z∂y=−xx2+y2,∂2z∂x∂y=x2−y2(x2+y2)2 ◻

另解 记u=x−yx+y,则z=arctan⁡u,由链式法则可得(44)∂z∂x=dzdu∂u∂x=11+u2∂u∂x=11+(x−yx+y)22y(x+y)2=yx2+y2 同理可得∂z∂y=−xx2+y2。从而(45)dz=ydx−xdyx2+y2,∂2z∂x∂y=x2−y2(x2+y2)2 ◻

例 2.3.16 (例17) 若函数f(u)有二阶导数,z=1xf(xy)+yf(x+y),求∂2z∂x∂y。

解 计算可得(46)∂z∂y=1xf′(xy)x+f(x+y)+yf′(x+y)=f′(xy)+f(x+y)+yf′(x+y)∂2z∂x∂y=yf(2)(xy)+f′(x+y)+yf(2)(x+y) ◻

2.3.4 微分与原函数

例 2.3.17 (例12) 求f(x,y)使df(x,y)=y2ex+y(dx+dy)+2yex+ydy。

解 直接凑全微分。(47) y2ex+y(dx+dy)+2yex+ydy=y2eydex+y2exdey+exeydy2=y2eydex+exd(y2ey)=d(y2ex+y) 所以函数f(x,y)=y2ex+y+C。 ◻

另解 通过路径积分得到。(48)f(x,y)=f(x,0)+∫0yfy′(x,t)dt=f(0,0)+∫0xfx′(s,0)ds+∫0yfy′(x,t)dt 其中(49)fx′(x,y)=y2ex+y,fy′(x,y)=y2ex+y+2yex+y ◻

注 如果存在可微函数f使得df=M(x,y)dx+N(x,y)dy,则称f为M(x,y)dx+N(x,y)dy的一个原函数。此时,微分方程M(x,y)dx+N(x,y)dy=0的通解就是f(x,y)=C。

例 2.3.18 (例12补,star) ydx−xdy是否有原函数?为什么?你能给出M(x,y)dx+N(x,y)dy具有原函数的一个必要条件吗?

解 设M(x,y)dx+N(x,y)dy有原函数,即∃f使得df=M(x,y)dx+N(x,y)dy,则(50)∂2f∂x∂y=∂N∂x,∂2f∂y∂x=∂M∂y 故∂M∂y=∂N∂x是M(x,y)dx+N(x,y)dy具有原函数的一个必要条件。

对于ydx−xdy=df,显然∂M∂y=1≠−1=∂N∂x,故ydx−xdy没有原函数。 ◻

注 判断M(x,y)dx+N(x,y)dy是否有原函数的问题将在第二型曲线积分时解决。

2.3.5 微分与梯度、方向导数

例 2.3.19 (例14) 求函数f(x,y)=x2−y2在P(1,1)点沿与x轴成π3角方向的方向导数。

解 方向为v=(12,32)。 (51)∂f∂v(1,1)=∂f∂x(1,1)12+∂f∂y(1,1)32=1−3 ◻

例 2.3.20 (例15,star) 求函数f(x,y)=1−(x2a2+y2b2)在P(a2,b2)点沿曲线x2a2+y2b2=1在该点的内法方向的方向导数。

解 曲线 x2a2+y2b2=1 即 f(x,y)=0,梯度 ∇f(P)=(−2a,−2b)T是该曲线在点P(a2,b2) 处的法向量。

沿梯度方向,f的值增大,x2a2+y2b2的值减小,所以梯度方向恰好是曲线内法向,其方向向量为n=∇f(P)∥∇f(P)∥2。

函数f在点P处沿向量n的方向导数为(52)∇f(P)⋅n=∇f(P)⋅∇f(P)∥∇f(P)∥=∥∇f(P)∥=2a2+2b2 ◻

注 判断内法方向:沿梯度方向f的值增大,x2a2+y2b2的值减小,所以梯度方向恰好是曲线内法方向,因此(53)∇f(P)⋅n=∇f(P)⋅∇f(P)∥∇f(P)∥=∥∇f(P)∥=2a2+2b2

例 2.3.21 (例18) 求可微函数f(x,y,z)在球坐标系下的梯度。

解 已知(x,y,z)=(rsin⁡θcos⁡ϕ,rsin⁡θsin⁡ϕ,rcos⁡θ),对r求导得到(54)er=(sin⁡θcos⁡ϕ,sin⁡θsin⁡ϕ,cos⁡θ)T 对ϕ求导得到(55)eϕ=(−rsin⁡θsin⁡ϕ,rsin⁡θcos⁡ϕ,0)T 对θ求导得到(56)eθ=(rcos⁡θcos⁡ϕ,rcos⁡θsin⁡ϕ,−rsin⁡θ)T

设∇f=Aer+Beϕ+Ceθ,v=ξer+ηeϕ+ζeθ,则(57)fr=df(P)er=⟨∇f,er⟩=A‖er‖=A,fϕ=df(P)eϕ=⟨∇f,eϕ⟩=B‖eϕ‖=Br2sin2⁡θ,fθ=df(P)eθ=⟨∇f,eθ⟩=C‖eθ‖=Cr2, 所以(58)∇f=frer+1r2sin2⁡θfϕeϕ+1r2fθeθ=fre^r+fϕrsin⁡θe^ϕ+fθre^θ 其中e^是e方向的单位向量。 ◻

另解 利用度规矩阵:(59)G′=(gij′)3×3=(⟨∂r′∂xi,∂r′∂xj⟩)3×3=(1000r2000r2sin2⁡θ) 这是一个正交坐标系,因此f的梯度可表示为(60)∇f=∑i∂f∂x′iei′gii′=∂f∂rer+1r∂f∂ϕeϕ+1rsin⁡θ∂f∂θeθ 其中er,eϕ,eθ分别是r,ϕ,θ方向的单位向量。 ◻

2.3.6 与微分有关的证明题

例 2.3.22 (star) 设f:R2→R,若∂f∂x(a,b)存在,∂f∂y(x,y)在(a,b)的某个邻域U存在且在(a,b)处连续,证明:f在(a,b)处可微。

证明 此处使用1-范数,故命题等价于证明:当(x,y)→(a,b)时,(61)f(x,y)−f(a,b)=∂f∂x(a,b)(x−a)+∂f∂y(a,b)(y−b)+o(|x−a|+|y−b|) 注意到(62) f(x,y)−f(a,b)−∂f∂x(a,b)(x−a)−∂f∂y(a,b)(y−b)=f(x,b)−f(a,b)−∂f∂x(a,b)(x−a)⏟(1)+f(x,y)−f(x,b)−∂f∂x(a,b)(y−b)⏟(2) 由∂f∂x(a,b)的存在性,∀ε>0,∃δ1(ε,a,b)>0,使得(63)|x−a|<δ1⟹|(1)|<ε|x−a| 根据Lagrange中值定理,∃ξ位于y,b之间,使得(64)f(x,y)−f(x,b)=∂f∂y(x,ξ)(y−b) 故(65)(2)=[∂f∂y(x,ξ)−∂f∂y(a,b)](y−b) 由于∂f∂y在(a,b)处连续,故∀ε>0,∃δ2(ε,a,b)>0,使得(66)|x−a|+|ξ−b|<δ2⟹|∂f∂y(x,ξ)−∂f∂y(a,b)|<ε 因此∀ε>0,∃δ=min{δ1,δ2},使得(67)|x−a|+|y−b|<δ⟹{|x−a|<δ≤δ1⟹|(1)|<ε|x−a||x−a|+|ξ−b|<δ≤δ2⟹|(2)|<ε|y−b|⟹|(1)+(2)|≤|(1)|+|(2)|<ε(|x−a|+|y−b|) 得证。 ◻

例 2.3.23 设U⊆R2为开集,函数f:U→R满足:f(x,y)对x连续、对y的偏导数有界,证明:f在U上连续。

证明 给定(x0,y0)∈U,由于U是开集,故存在(x0,y0)的邻域V⊆U。由f(x,y)对x的连续性可得∀ε>0,∃δ(ε,x0,y0)>0,使得∀(x,y)∈V,都有(68)|x−x0|<δ⟹|f(x,y0)−f(x0,y0)|<ε2 由f(x,y)的偏导数有界可得|∂f∂y(x,y)|≤M(M>0)对所有(x,y)∈U成立。由Lagrange中值定理可得(69)f(x,y)−f(x,y0)=∂f∂y(x,ξ)(y−y0)⟹|f(x,y)−f(x,y0)|≤M|y−y0| 取δ′=min{δ,ε2M}>0,则有(70)∥(x,y)−(x0,y0)∥<δ′⟹|x−x0|<δ′<δ⟹|f(x,y0)−f(x0,y0)|<ε2⟹|y−y0|<δ′⟹|f(x,y)−f(x,y0)|≤δ′M<ε2 因此(71)|f(x,y)−f(x0,y0)|≤|f(x,y)−f(x,y0)|+|f(x,y0)−f(x0,y0)|<ε 由(x0,y0)的任意性可知f在U上连续。 ◻

例 2.3.24 (star) 函数f区域(连通的开集)D上的梯度恒为0,证明:f在D上是常函数。

证明 任选x0∈D,y0=f(x0)。下设x∈D∖{x0}。

若D为凸集,则从x0到x的连线都在D内。令g(t):=f(x0+t(x−x0)),则g可微,由Lagrange中值定理可得∃τ∈(0,1)使得(72)g(1)−g(0)=∇f(x0+τ(x−x0))⋅(x−x0)=0 亦即(73)f(x)−f(x0)=0⟹f(x)=f(x0),∀x∈D

若D为一般区域,则D为道路连通集,故存在连续映射γ:[0,1]→D使得γ(0)=x0,γ(1)=x,显然Γ=γ([0,1])是紧集。由于Γ上的点都是D的内点,故∀y∈Γ,∃δy>0使得B(y,δy)⊆D,因此存在开覆盖O=⋃y∈ΓB(y,δy)。由于Γ是紧集,故存在有限子覆盖O′=⋃i=1nB(yi,δi)。

对于开球B(yi,δi),其为凸集,f在B(yi,δi)上是常函数。故f在O′上是常函数,即f在Γ上是常函数。由于x是D内的任意一点,因此f在D上是常函数。 ◻