题目
11.已知函数f(x)对一切的x满足x f^primeprime(x)+[f^prime(x)]^2=x^2,则()A. f(0)是f(x)的极大值.B. f(0)是f(x)的极小值.C. 点(0,f(0))是曲线y=f(x)的拐点.D. f(0)不是f(x)的极值,点(0,f(0))也不是曲线y=f(x)的拐点.
11.已知函数f(x)对一切的x满足$x f^{\prime\prime}(x)+[f^{\prime}(x)]^{2}=x^{2}$,则()
A. f(0)是f(x)的极大值.
B. f(0)是f(x)的极小值.
C. 点(0,f(0))是曲线y=f(x)的拐点.
D. f(0)不是f(x)的极值,点(0,f(0))也不是曲线y=f(x)的拐点.
题目解答
答案
C. 点(0,f(0))是曲线y=f(x)的拐点.
解析
本题考查函数极值与拐点的判定,解题的关键在于根据已知条件求出函数在$x = 0$处的一阶导数和二阶导数,再通过二阶导数的性质判断函数的极值和拐点情况。
- 求$f(0)$和$f^\prime(0)$的值:
已知函数$f(x)$对一切的$x$满足$xf^{\prime\prime}(x)+[f^{\prime}(x)]^{2}=x^{2}$。
令$x = 0$,代入到方程$xf^{\prime\prime}(x)+[f^{\prime}(x)]^{2}=x^{2}$中,可得:
$0\times f^{\prime\prime}(0)+[f^{\prime}(0)]^{2}=0^{2}$
即$[f^{\prime}(0)]^{2}=0$,解得$f^{\prime}(0)=0$。
仅根据已知条件无法直接求出$f(0)$的值,但不影响后续对极值和拐点的判断。 - 求$f^{\prime\prime}(0)$的值:
对$xf^{\prime\prime}(x)+[f^{\prime}(x)]^{2}=x^{2}$两边同时对$x$求导,根据乘积的求导法则$(uv)^\prime = u^\prime v + uv^\prime$以及复合函数求导法则$(u^2)^\prime = 2u u^\prime$可得:
$(xf^{\prime\prime}(x))^\prime+([f^{\prime}(x)]^{2})^\prime=(x^{2})^\prime$
$f^{\prime\prime}(x)+xf^{\prime\prime\prime}(x)+2f^{\prime}(x)f^{\prime\prime}(x)=2x$
令$x = 0$,代入上式可得:
$f^{\prime\prime}(0)+0\times f^{\prime\prime\prime}(0)+2f^{\prime}(0)f^{\prime\prime}(0)=2\times0$
因为$f^{\prime}(0)=0$,所以$f^{\prime\prime}(0)=0$。 - 判断$f^{\prime\prime}(x)$在$x = 0$两侧的符号:
由$xf^{\prime\prime}(x)+[f^{\prime}(x)]^{2}=x^{2}$可得$f^{\prime\prime}(x)=\frac{x^{2}-[f^{\prime}(x)]^{2}}{x}$($x\neq0$)。
当$x\gt0$时,$x^{2}\gt0$,且$[f^{\prime}(x)]^{2}\geq0$,所以$x^{2}-[f^{\prime}(x)]^{2}$的符号取决于$x$和$[f^{\prime}(x)]^{2}$的大小关系。
因为$f^{\prime}(0)=0$,根据导数的定义,在$x = 0$的某邻域内,当$x$很小时,$[f^{\prime}(x)]^{2}$相对于$x^{2}$是高阶无穷小,所以$x^{2}-[f^{\prime}(x)]^{2}\gt0$,则$f^{\prime\prime}(x)=\frac{x^{2}-[f^{\prime}(x)]^{2}}{x}\gt0$。
当$x\lt0$时,$x^{2}\gt0$,同理可得$x^{2}-[f^{\prime}(x)]^{2}\gt0$,则$f^{\prime\prime}(x)=\frac{x^{2}-[f^{\prime}(x)]^{2}}{x}\lt0$。
即$f^{\prime\prime}(x)$在$x = 0$两侧异号,根据拐点的定义,若函数在某点两侧的二阶导数异号,则该点为函数的拐点,所以点$(0,f(0))$是曲线$y = f(x)$的拐点。 - 判断$f(0)$是否为极值:
因为$f^{\prime}(0)=0$,但$f^{\prime\prime}(0)=0$,无法使用二阶导数判别法判断$f(0)$是否为极值。
又因为$f^{\prime\prime}(x)$在$x = 0$两侧异号,说明函数在$x = 0$两侧的凹凸性发生了改变,所以$f(0)$不是极值。