Stetigkeit von Funktionen

Stetigkeit von Funktionen Definition

Die Stetigkeit ist eine mögliche Eigenschaft einer Funktion; eine stetige Funktion kann man durchgängig (ohne Absetzen des Stiftes) zeichnen, sie hat keine Sprungstellen.

Die Funktion $f(x) = 2x$ ist zum Beispiel stetig. Viele Standardfunktionen sind stetig, etwa die Logarithmusfunktion oder die Exponentialfunktion:

Exponentialfunktion als stetige Funktion

Im Beispiel zur empirischen Verteilungsfunktion hingegen kann man die Sprungstellen gut sehen, es handelt sich um eine unstetige Funktion:

Empirische Verteilungsfunktion als unstetige Funktion

Mathematisch: Eine Funktion ist an einer Stelle x0 stetig, wenn für den Grenzwert (Limes, kurz lim) gilt:

$$\lim\limits_{x \to x_0} f(x) = f(x_0)$$

Eine Funktion ist insgesamt stetig (nicht nur an einer bestimmten Stelle x0), wenn das für jedes beliebige x0 aus dem Definitionsbereich der Funktion gilt.

Nimmt man die Funktion f(x) = 2x und wählt x0 = 2, und lässt man x gegen den Wert 2 laufen, ist der Grenzwert 4 und entspricht damit dem Funktionswert an der Stelle 2, f(2) = 2 × 2 = 4. Die Funktion ist stetig an der Stelle 2.

Linksseitig und rechtsseitig stetig

Der Grenzwert kann auch einseitig sein; existiert er nur für x < x0 (man nähert sich x0 von links), dann ist die Funktion linksseitig stetig; existiert er nur für x > x0 (man nähert sich x0 von rechts), dann ist die Funktion rechtsseitig stetig.

Stetigkeit und Differenzierbarkeit

Ist eine Funktion (an einer Stelle) differenzierbar, ist sie (dort) auch immer stetig.

Umgekehrt gilt das nicht zwingend: so ist die Betragsfunktion an der Stelle x = 0 zwar stetig, aber nicht differenzierbar.