【例2.2】设f(x)=}(1-cos x)/(sqrt(x)),x>0,x^2g(x),xleqslant 0,其中g(x)是有界函数,则f(x)在x=0处()A. 极限不存在.B. 极限存在,但不连续.C. 连续,但不可导.D. 可导.
A. 极限不存在.
B. 极限存在,但不连续.
C. 连续,但不可导.
D. 可导.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查分段函数在分段点处的连续性和可导性判断,涉及极限计算、泰勒展开、有界函数的应用。
解题核心思路:
- 连续性:分别计算$x \to 0^+$和$x \to 0^-$的极限,验证是否等于$f(0)$。
- 可导性:利用导数定义,分别计算左右导数的极限是否存在且相等。
破题关键点:
- 右极限:利用泰勒展开$1 - \cos x \sim \frac{x^2}{2}$简化表达式。
- 左极限:结合有界函数性质,通过不等式放缩判断极限。
- 导数计算:分左右极限代入导数定义,注意分母的处理和有界函数的收敛性。
连续性分析
右极限($x \to 0^+$)
当$x \to 0^+$时,分子$1 - \cos x$可用泰勒展开近似为$\frac{x^2}{2}$,因此:
$f(x) = \frac{1 - \cos x}{\sqrt{x}} \sim \frac{x^2/2}{\sqrt{x}} = \frac{x^{3/2}}{2} \to 0.$
左极限($x \to 0^-$)
当$x \to 0^-$时,$x^2$非负,且$g(x)$有界(即存在常数$M > 0$使得$|g(x)| \leq M$),因此:
$|f(x)| = |x^2 g(x)| \leq M x^2 \to 0.$
函数值$f(0)$
由定义$f(0) = 0^2 g(0) = 0$,故$\lim_{x \to 0} f(x) = 0 = f(0)$,函数在$x=0$处连续。
可导性分析
导数定义
导数定义为:
$f'(0) = \lim_{h \to 0} \frac{f(h) - f(0)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{f(h)}{h}.$
右导数($h \to 0^+$)
$\frac{f(h)}{h} = \frac{1 - \cos h}{h^{3/2}} \sim \frac{h^2/2}{h^{3/2}} = \frac{h^{1/2}}{2} \to 0.$
左导数($h \to 0^-$)
$\frac{f(h)}{h} = \frac{h^2 g(h)}{h} = h g(h).$
由于$|h g(h)| \leq M |h| \to 0$,故左导数极限为$0$。
结论:左右导数极限均为$0$,故$f'(0) = 0$,函数在$x=0$处可导。