题目
1.已知函数f(x)=(int_(0)^xfrac(|sin t|dt)/(x^a))(x^a)在(0,+∞)上有界,则α的取值范围应为 (A.)(0,+∞). (B.)(0,3]. (C.)[1,2]. (D.)(1,3].
1.已知函数$f(x)=\frac{\int_{0}^{x}\frac{|\sin t|dt}{x^{a}}}{x^{a}}$在(0,+∞)上有界,则α的取值范围应为 (
A.)(0,+∞). (
B.)(0,3]. (
C.)[1,2]. (
D.)(1,3].
A.)(0,+∞). (
B.)(0,3]. (
C.)[1,2]. (
D.)(1,3].
题目解答
答案
当 $x \to 0^+$ 时,利用等价无穷小 $|\sin t| \sim t$,得
\[
\int_0^x |\sin t| \, dt \sim \frac{x^2}{2}, \quad f(x) \sim \frac{x^{2-\alpha}}{2}.
\]
为使 $f(x)$ 有界,需 $2 - \alpha \geq 0$,即 $\alpha \leq 2$。
当 $x \to +\infty$ 时,
\[
\int_0^x |\sin t| \, dt \approx \frac{2x}{\pi}, \quad f(x) \approx \frac{2}{\pi} x^{1-\alpha}.
\]
为使 $f(x)$ 有界,需 $1 - \alpha \leq 0$,即 $\alpha \geq 1$。
综上,$\alpha$ 的取值范围为 $[1, 2]$,对应选项 $\boxed{C}$。
解析
本题考查函数在区间$(0, +\infty)$上的有界性,核心思路是分析当$x \to 0^+$和$x \to +\infty$时积分$\int_0^x |\sin t| \, dt$的渐进行为,并结合分母$x^\alpha$确定$\alpha$的取值范围。关键点在于:
- 当$x \to 0^+$时,利用等价无穷小$|\sin t| \sim t$,积分近似为二次函数;
- 当$x \to +\infty$时,积分的渐近值与$x$成正比,需结合分母$x^\alpha$的衰减速度。
当$x \to 0^+$时
- 等价无穷小替换:当$t \to 0$时,$|\sin t| \sim t$,因此积分可近似为:
$\int_0^x |\sin t| \, dt \sim \int_0^x t \, dt = \frac{x^2}{2}.$ - 代入函数表达式:
$f(x) = \frac{\int_0^x |\sin t| \, dt}{x^\alpha} \sim \frac{x^2/2}{x^\alpha} = \frac{x^{2-\alpha}}{2}.$ - 有界性条件:当$x \to 0^+$时,$x^{2-\alpha}$需有界,即指数$2 - \alpha \geq 0$,得$\alpha \leq 2$。
当$x \to +\infty$时
- 积分渐近分析:$|\sin t|$的周期为$\pi$,每个周期内积分值为$2$,因此:
$\int_0^x |\sin t| \, dt \approx \frac{2}{\pi} \cdot x.$ - 代入函数表达式:
$f(x) = \frac{\int_0^x |\sin t| \, dt}{x^\alpha} \approx \frac{2x/\pi}{x^\alpha} = \frac{2}{\pi} x^{1-\alpha}.$ - 有界性条件:当$x \to +\infty$时,$x^{1-\alpha}$需有界,即指数$1 - \alpha \leq 0$,得$\alpha \geq 1$。
综合条件
结合两种情况,$\alpha$需满足:
$\alpha \leq 2 \quad \text{且} \quad \alpha \geq 1,$
即$\alpha \in [1, 2]$。