¿Por qué es necesario simplificar una función y luego insertar valores donde la función original no estaba definida, para descubrir si hay una discontinuidad removible allí?

No es realmente necesario simplificar una función para descubrir si hay una discontinuidad removible allí; para mostrar que hay una discontinuidad removible en un punto [math] a [/ math] en una función [math] f: \ mathbb {R} \ rightarrow \ mathbb {R} [/ math], solo necesitamos mostrar:

[math] \ lim_ {x \ rightarrow a} f (x) [/ math] existe.

es decir, de acuerdo con las leyes de límites (específicamente, puede sumar, restar, tomar un producto, dividir, etc.), es ‘simplificar la función’ y conectar el valor original. Pero, no tenemos que simplificar siempre la función, por ejemplo:

[math] \ displaystyle \ lim_ {x \ rightarrow 0} \ frac {\ sin {x}} {x} [/ math] existe e igual a 1, pero no solo lo ‘simplifica’ y obtiene el valor de 1 (aunque existe alguna forma de hacerlo, pero requiere una comprensión mucho mayor que solo los límites), pero en su lugar puede usar el teorema de compresión para evaluar el límite. Ver [1] para más detalles.

Por lo tanto, es suficiente simplemente simplificar la función y conectar un valor para determinar si hay una discontinuidad allí, pero no es necesario.

[1] Teorema de compresión

Si hay una discontinuidad removible, se debe definir la función en ese punto. Puede confundir discontinuidad con singularidad.

A continuación, asumo funciones reales; es decir, funciones desde los reales (o un subconjunto “domesticado”) a los reales.

En cualquier caso, para una función [matemática] f [/ matemática], se puede detectar una discontinuidad / singularidad removible en un punto [matemático] x [/ matemático] calculando el límite del lado izquierdo [matemático] L ^ – [/ matemática] y el límite del lado derecho [matemática] L ^ + [/ matemática]. Si existen y están de acuerdo, entonces se define el límite en ese punto (como [matemática] L = L ^ – = L ^ + [/ matemática]).

  • Si [matemática] f (x) = L [/ matemática], entonces [matemática] f [/ matemática] es continua en [matemática] x [/ matemática].
  • Si [math] f (x) [/ math] existe pero no es [math] L [/ math], entonces [math] f [/ math] tiene una discontinuidad removible en [math] x [/ math].
  • Si [math] f (x) [/ math] no existe, entonces [math] f [/ math] tiene una singularidad removible en [math] x [/ math].

En ninguna parte de lo anterior se requiere que “simplifiquemos” la función. De hecho, puede que ni siquiera sea posible (un ejemplo simple es la función del indicador [math] \ mathbf {1} _ {\ {0 \}} [/ math] que toma el valor [math] 1 [/ math] en [matemática] 0 [/ matemática] y [matemática] 0 [/ matemática] en cualquier otro lugar, lo que no se puede simplificar). Lo único importante es encontrar ambos límites unilaterales para determinar si hay una discontinuidad removible.