讨论下列函数的连续性:-|||-^2+(y)^2neq 0,-|||-f(x,y)= ) (y)^2ln ((x)^2+(y)^2) 0,=0;
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查二元函数的连续性判断,特别是分段函数在分段点(原点)处的连续性。
解题核心思路:
- 非原点处的连续性:利用初等函数在其定义域内的连续性直接判断。
- 原点处的连续性:通过极限计算验证当$(x,y) \to (0,0)$时,$f(x,y)$的极限是否等于$f(0,0)=0$。关键点在于构造不等式并应用夹逼定理。
破题关键:
- 初等函数的连续性:非原点处函数由初等函数构成,直接连续。
- 极限估计:通过不等式$y^2 \ln(x^2+y^2) \leq (x^2+y^2)|\ln(x^2+y^2)|$,结合变量代换$u = x^2+y^2$,将二重极限转化为一元极限$\lim_{u \to 0^+} u \ln u = 0$。
非原点处的连续性
当$x^2 + y^2 \neq 0$时,函数$f(x,y) = y^2 \ln(x^2 + y^2)$由多项式函数$y^2$和自然对数函数$\ln(x^2 + y^2)$组成,均为初等函数且在定义域内连续。因此,$f(x,y)$在$x^2 + y^2 \neq 0$的所有点处连续。
原点处的连续性
需验证$\lim_{(x,y) \to (0,0)} f(x,y) = f(0,0) = 0$。
构造不等式
注意到$y^2 \leq x^2 + y^2$,因此:
$|y^2 \ln(x^2 + y^2)| \leq (x^2 + y^2) |\ln(x^2 + y^2)|.$
变量代换
令$u = x^2 + y^2$,当$(x,y) \to (0,0)$时,$u \to 0^+$。此时极限转化为:
$\lim_{u \to 0^+} u \ln u.$
计算一元极限
利用洛必达法则:
$\lim_{u \to 0^+} u \ln u = \lim_{u \to 0^+} \frac{\ln u}{\frac{1}{u}} = \lim_{u \to 0^+} \frac{\frac{1}{u}}{-\frac{1}{u^2}} = \lim_{u \to 0^+} (-u) = 0.$
应用夹逼定理
由不等式$|y^2 \ln(x^2 + y^2)| \leq (x^2 + y^2) |\ln(x^2 + y^2)|$及极限结果,得:
$\lim_{(x,y) \to (0,0)} y^2 \ln(x^2 + y^2) = 0 = f(0,0).$
因此,$f(x,y)$在原点处连续。