题目
2.设f(x)在x=0处连续,且lim_(x to 0) ([f(x)+1]x^2)/(x-sin x)=6,则曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为____.
2.设f(x)在x=0处连续,且$\lim_{x \to 0} \frac{[f(x)+1]x^{2}}{x-\sin x}=6$,则曲线$y=f(x)$在点(0,f(0))处的切线方程为____.
题目解答
答案
由题意,$ f(x) $ 在 $ x=0 $ 处连续,且
$\lim_{x \to 0} \frac{[f(x) + 1]x^2}{x - \sin x} = 6$
利用等价无穷小 $ x - \sin x \sim \frac{x^3}{6} $(当 $ x \to 0 $),代入得
$\lim_{x \to 0} \frac{6[f(x) + 1]}{x} = 6 \implies \lim_{x \to 0} \frac{f(x) + 1}{x} = 1$
由极限存在条件,$ f(0) = -1 $,且
$\lim_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x} = 1 \implies f'(0) = 1$
切线方程为
$y - f(0) = f'(0)(x - 0) \implies y + 1 = x \implies y = x - 1$
答案: $\boxed{y = x - 1}$(或$\boxed{x - y - 1 = 0}$)
解析
本题主要考查函数连续性、等价无穷小替换、导数的定义以及曲线切线方程的求解。解题的关键思路是先利用等价无穷小化简已知极限式子,再根据极限存在的条件求出函数在$x = 0$处的函数值$f(0)$,接着通过导数的定义求出$f^\prime(0)$,最后利用点斜式方程求出切线方程。
- 利用等价无穷小化简极限式子:
已知当$x \to 0$时,$x - \sin x \sim \frac{x^3}{6}$,将其代入到$\lim_{x \to 0} \frac{[f(x) + 1]x^2}{x - \sin x} = 6$中,可得:
$\lim_{x \to 0} \frac{[f(x) + 1]x^2}{\frac{x^3}{6}} = 6$
根据分式运算法则,$\frac{[f(x) + 1]x^2}{\frac{x^3}{6}}=\frac{6[f(x) + 1]x^2}{x^3}=\frac{6[f(x) + 1]}{x}$,则原式变为$\lim_{x \to 0} \frac{6[f(x) + 1]}{x} = 6$。 - 求解$\lim_{x \to 0} \frac{f(x) + 1}{x}$的值:
由$\lim_{x \to 0} \frac{6[f(x) + 1]}{x} = 6$,等式两边同时除以$6$,可得$\lim_{x \to 0} \frac{f(x) + 1}{x} = 1$。 - 根据极限存在条件求出$f(0)$的值:
因为$\lim_{x \to 0} \frac{f(x) + 1}{x} = 1$,分母$x\to 0$,要使该极限存在且等于$1$,则分子$\lim_{x \to 0} [f(x) + 1]$必须等于$0$(否则极限为无穷大)。
又因为$f(x)$在$x = 0$处连续,所以$\lim_{x \to 0} f(x) = f(0)$,则$\lim_{x \to 0} [f(x) + 1]=f(0)+1 = 0$,解得$f(0) = -1$。 - 根据导数的定义求出$f^\prime(0)$的值:
根据导数的定义,函数$f(x)$在$x = 0$处的导数$f^\prime(0)=\lim_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x}$,将$f(0) = -1$代入可得$f^\prime(0)=\lim_{x \to 0} \frac{f(x) - (-1)}{x}=\lim_{x \to 0} \frac{f(x) + 1}{x}$。
由前面计算可知$\lim_{x \to 0} \frac{f(x) + 1}{x} = 1$,所以$f^\prime(0) = 1$。 - 求出曲线$y = f(x)$在点$(0, f(0))$处的切线方程:
已知切线过点$(0, f(0))=(0, -1)$,斜率$k = f^\prime(0) = 1$。
根据直线的点斜式方程$y - y_0 = k(x - x_0)$(其中$(x_0, y_0)$为直线上一点,$k$为直线斜率),可得切线方程为$y - (-1) = 1\times(x - 0)$,即$y + 1 = x$,移项可得$y = x - 1$,也可写成$x - y - 1 = 0$。