设 z={(x y)/(x+y), x+y neq 0 0, x+y=0,. 则 A. z_(x)^prime(0,0),z_(y)^prime(0,0) 都存在B. lim _(x arrow 0) z(x, y) 存在C. z(x, y) 在 (0,0) 连续D. z(x, y) 在 (0,0) 可微
设 $z=\left\{\begin{array}{l}\frac{x y}{x+y}, x+y \neq 0 \\ 0, x+y=0,\end{array}\right.$ 则
- A. $z_{x}^{\prime}(0,0)$,$z_{y}^{\prime}(0,0)$ 都存在
- B. $\lim _{x \rightarrow 0} z(x, y)$ 存在
- C. $z(x, y)$ 在 $(0,0)$ 连续
- D. $z(x, y)$ 在 $(0,0)$ 可微
题目解答
答案
为了确定给定函数 $z$ 的正确选项,我们需要逐步分析每个选项。
函数 $z$ 定义为:
$z = \begin{cases} \frac{xy}{x+y}, & \text{如果 } x+y \neq 0 \\ 0, & \text{如果 } x+y = 0 \end{cases}$
选项 A: $z_x'(0,0)$ 和 $z_y'(0,0)$ 都存在
为了找到 $z_x'(0,0)$,我们使用偏导数的定义:
$z_x'(0,0) = \lim_{h \to 0} \frac{z(h,0) - z(0,0)}{h}$
由于 $z(h,0) = \frac{h \cdot 0}{h+0} = 0$ 和 $z(0,0) = 0$,我们有:
$z_x'(0,0) = \lim_{h \to 0} \frac{0 - 0}{h} = 0$
因此,$z_x'(0,0)$ 存在且为 0。
同样,为了找到 $z_y'(0,0)$,我们使用偏导数的定义:
$z_y'(0,0) = \lim_{k \to 0} \frac{z(0,k) - z(0,0)}{k}$
由于 $z(0,k) = \frac{0 \cdot k}{0+k} = 0$ 和 $z(0,0) = 0$,我们有:
$z_y'(0,0) = \lim_{k \to 0} \frac{0 - 0}{k} = 0$
因此,$z_y'(0,0)$ 存在且为 0。
因此,选项 A 是正确的。
选项 B: $\lim_{x \to 0, y \to 0} z(x,y)$ 存在
为了确定极限 $\lim_{x \to 0, y \to 0} z(x,y)$ 是否存在,我们考虑沿不同路径接近 $(0,0)$ 的极限。
-
沿路径 $y = x$:
$z(x,x) = \frac{x \cdot x}{x + x} = \frac{x^2}{2x} = \frac{x}{2}$
当 $x \to 0$ 时,$z(x,x) \to 0$。 -
沿路径 $y = -x + x^2$:
$z(x, -x + x^2) = \frac{x(-x + x^2)}{x + (-x + x^2)} = \frac{-x^2 + x^3}{x^2} = -1 + x$
当 $x \to 0$ 时,$z(x, -x + x^2) \to -1$。
由于沿不同路径的极限不同,极限 $\lim_{x \to 0, y \to 0} z(x,y)$ 不存在。因此,选项 B 是不正确的。
选项 C: $z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 连续
为了使 $z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 连续,极限 $\lim_{x \to 0, y \to 0} z(x,y)$ 必须等于 $z(0,0)$。由于极限 $\lim_{x \to 0, y \to 0} z(x,y)$ 不存在,$z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 不连续。因此,选项 C 是不正确的。
选项 D: $z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 可微
为了使 $z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 可微,函数必须在 $(0,0)$ 连续,且偏导数必须在 $(0,0)$ 连续。由于 $z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 不连续,$z(x,y)$ 在 $(0,0)$ 不可微。因此,选项 D 是不正确的。
因此,正确选项是 $\boxed{A}$。
解析
考查要点:本题主要考查二元函数在某点的偏导数存在性、极限存在性、连续性及可微性的判断。
解题核心思路:
- 偏导数存在性:通过偏导数的定义,分别计算$x$和$y$方向的偏导数在$(0,0)$处的值。
- 极限存在性:通过不同路径趋近于$(0,0)$,判断二重极限是否存在。
- 连续性:结合极限是否存在及函数值是否相等进行判断。
- 可微性:需同时满足连续性和偏导数连续,因此若不连续则直接排除。
破题关键点:
- 偏导数计算:沿坐标轴方向趋近,分子为$0$,直接得偏导数为$0$。
- 极限路径选择:通过构造不同路径(如$y=x$和$y=-x+x^2$),发现极限值不同,说明二重极限不存在。
- 连续性与可微性的关系:若函数不连续,则不可微。
选项A:$z_{x}^{\prime}(0,0)$,$z_{y}^{\prime}(0,0)$都存在
- 计算$z_x'(0,0)$:
$z_x'(0,0) = \lim_{h \to 0} \frac{z(h,0) - z(0,0)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{0 - 0}{h} = 0$ - 计算$z_y'(0,0)$:
$z_y'(0,0) = \lim_{k \to 0} \frac{z(0,k) - z(0,0)}{k} = \lim_{k \to 0} \frac{0 - 0}{k} = 0$
结论:偏导数存在且均为$0$,选项A正确。
选项B:$\lim_{(x,y) \to (0,0)} z(x,y)$存在
- 沿路径$y=x$:
$z(x,x) = \frac{x \cdot x}{x + x} = \frac{x^2}{2x} = \frac{x}{2} \to 0 \quad (x \to 0)$ - 沿路径$y = -x + x^2$:
$z(x, -x + x^2) = \frac{x(-x + x^2)}{x + (-x + x^2)} = \frac{-x^2 + x^3}{x^2} = -1 + x \to -1 \quad (x \to 0)$
结论:沿不同路径极限不同,二重极限不存在,选项B错误。
选项C:$z(x,y)$在$(0,0)$连续
- 若连续,则$\lim_{(x,y) \to (0,0)} z(x,y) = z(0,0) = 0$。但因二重极限不存在,故不连续,选项C错误。
选项D:$z(x,y)$在$(0,0)$可微
- 可微需连续且偏导数连续,但函数不连续,故不可微,选项D错误。