거짓이다. f(x)=x2 (x∈R)는 연속이고 I=(−1,1)은 열린 구간이다. f(I)=[0,1)임을 주장한다. 0≤y<1이면 x=y∈[0,1)⊂I이고 f(x)=y이므로 y∈f(I)이다. y<0이면 x2≥0이므로 도달 불가능하고, y≥1이면 ∣x∣<1에서 x2<1이므로 도달 불가능하다.
[0,1)은 R에서 열린 집합이 아니다: 0∈[0,1)이지만, 모든 ε>0에 대해 −ε/2∈(−ε,ε)이면서 −ε/2∈/[0,1)이다. 따라서 열린 구간의 연속상 [0,1)은 열려 있지 않다. 연속성은 열린성을 보존하지 않는다 (닫힌성은 보존한다: 콤팩트 집합의 연속상은 콤팩트).
보통
2보통
R 위에서 fn(x)=1+nx2x이라 하자. 각 점별 극한 limn→∞fn(x)를 구하고, 수렴이 R 위에서 균등함을 증명하라. supx∈R∣fn(x)∣의 정확한 값을 구하라.
먼저 점별 극한을 구한다. x=0이면 fn(0)=0이다. x=0이면 1+nx2≥nx2이므로 ∣fn(x)∣≤nx2∣x∣=n∣x∣1→0이다. 따라서 점별 극한함수는 f≡0이다.
균등수렴은 상한 노름으로 판정한다: fn→f가 균등할 필요충분조건은 sup∣fn−f∣→0이다. fn은 기함수이므로 ∣fn∣의 상한은 x≥0에서 찾으면 된다. x≥0에서 미분하면 gn′(x)=(1+nx2)21−nx2이므로 유일한 임계점은 x=1/n이고, 그 값은 gn(1/n)=21/n=2n1이다. 경계(x=0 또는 x→∞)에서는 값이 0이므로 이것이 전역 최댓값이다.
기함수 대칭성에 의해 supx∈R∣fn(x)∣=2n1→0이다. 따라서 fn→0은 R 위에서 균등수렴한다. 봉우리의 위치 1/n은 0으로 이동하지만 높이가 1/(2n)으로 함께 꺼지므로 균등수렴이 성립한다.