题目
(2)证明: (x)=dfrac (1)(x)cos dfrac (1)(x) 在(0,1)内无界。

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查函数在区间内无界的证明方法,需要理解无界函数的定义,并能够结合函数的极限行为进行分析。
解题核心思路:
- 无界函数的定义:对于任意正数$M$,存在$x \in (0,1)$,使得$|f(x)| > M$。
- 关键观察:当$x \to 0^+$时,$\frac{1}{x} \to +\infty$,而$\cos\left(\frac{1}{x}\right)$在$[-1,1]$之间无限振荡。
- 核心矛盾:虽然$\cos\left(\frac{1}{x}\right)$有界,但$\frac{1}{x}$无界增长,两者乘积的振荡幅度会无限扩大,导致$f(x)$无界。
破题关键点:
- 构造特定点序列:当$\frac{1}{x} = 2k\pi$($k$为正整数)时,$\cos\left(\frac{1}{x}\right) = 1$,此时$f(x) = \frac{1}{x}$,而$\frac{1}{x}$可任意大。
步骤1:理解无界函数的定义
函数$f(x)$在区间$(0,1)$内无界,当且仅当对于任意给定的正数$M$,存在$x \in (0,1)$,使得$|f(x)| > M$。
步骤2:分析函数结构
$f(x) = \frac{1}{x} \cos\left(\frac{1}{x}\right)$由两部分组成:
- $\frac{1}{x}$:当$x \to 0^+$时趋向于$+\infty$。
- $\cos\left(\frac{1}{x}\right)$:当$x \to 0^+$时,$\frac{1}{x}$在$[0,+\infty)$内无限增大,导致$\cos\left(\frac{1}{x}\right)$在$[-1,1]$之间无限振荡。
步骤3:构造特定点序列
取$x_k = \frac{1}{2k\pi}$($k$为正整数),此时:
$\cos\left(\frac{1}{x_k}\right) = \cos(2k\pi) = 1.$
代入$f(x)$得:
$f(x_k) = \frac{1}{x_k} \cdot 1 = 2k\pi.$
步骤4:验证无界性
对于任意给定的正数$M$,取正整数$k$满足$2k\pi > M$,对应的$x_k = \frac{1}{2k\pi} \in (0,1)$,此时:
$|f(x_k)| = 2k\pi > M.$
因此,$f(x)$在$(0,1)$内无界。