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数学
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]

题目解答

答案

C. [1,2]

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:

  1. 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;
  2. 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

  1. 等价无穷小替换:当$t \to 0$时,$|\sin t| \sim t$,因此积分可近似为:
    $\int_0^x |\sin t| \, dt \sim \int_0^x t \, dt = \frac{x^2}{2}.$
  2. 代入函数表达式:
    $f(x) = \frac{\int_0^x |\sin t| \, dt}{x^\alpha} \sim \frac{x^2/2}{x^\alpha} = \frac{x^{2-\alpha}}{2}.$
  3. 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

  1. 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:
    $\int_0^x |\sin t| \, dt \approx \frac{2}{\pi} \cdot x.$
  2. 代入函数表达式:
    $f(x) = \frac{\int_0^x |\sin t| \, dt}{x^\alpha} \approx \frac{2x/\pi}{x^\alpha} = \frac{2}{\pi} x^{1-\alpha}.$
  3. 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$\alpha \in [1, 2]$。

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