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数学
题目

【例2】设g(x)=int_(0)^xf(u)du,其中f(x)=}(1)/(2)(x^2+1),0leqslant x<1, (1)/(3)(x-1),1leqslant xleqslant 2,则g(x)在区间(0,2)内 (A.)无界. (B.)递减. (C.)不连续. (D.)连续.

【例2】设$g(x)=\int_{0}^{x}f(u)du$,其中$f(x)=\begin{cases}\frac{1}{2}(x^{2}+1),0\leqslant x<1,\\ \frac{1}{3}(x-1),1\leqslant x\leqslant 2,\end{cases}$则g(x)在区间(0,2)内 (
A.)无界. (
B.)递减. (
C.)不连续. (
D.)连续.

题目解答

答案

设 $ g(x) = \int_{0}^{x} f(u) \, du $,其中 $ f(x) $ 为分段函数。 1. 当 $ 0 \leq x < 1 $ 时,$ f(u) = \frac{1}{2}(u^2 + 1) $, \[ g(x) = \int_{0}^{x} \frac{1}{2}(u^2 + 1) \, du = \frac{x^3}{6} + \frac{x}{2}. \] 2. 当 $ 1 \leq x \leq 2 $ 时, \[ g(x) = \int_{0}^{1} f(u) \, du + \int_{1}^{x} f(u) \, du = \frac{2}{3} + \int_{1}^{x} \frac{1}{3}(u - 1) \, du = \frac{x^2}{6} - \frac{x}{3} + \frac{5}{6}. \] 3. 检验 $ g(x) $ 在 $ x = 1 $ 处的连续性: \[ \lim_{x \to 1^-} g(x) = \frac{2}{3}, \quad \lim_{x \to 1^+} g(x) = \frac{2}{3}, \quad g(1) = \frac{2}{3}, \] 故 $ g(x) $ 在 $ x = 1 $ 处连续。 **结论:** $ g(x) $ 在区间 $ (0, 2) $ 内连续,选项 D 正确。 $\boxed{D}$

解析

考查要点:本题主要考查积分函数的连续性判断,涉及分段函数的积分及分段点处的连续性验证。

解题核心思路:

  1. 分段积分:根据$f(x)$的分段性,将$g(x)$分为$0 \leq x < 1$和$1 \leq x \leq 2$两段计算。
  2. 连续性验证:重点检查分段点$x=1$处的左右极限与函数值是否相等,从而判断$g(x)$在区间内的连续性。
  3. 排除法:结合选项分析,通过导数符号判断单调性,排除错误选项。

破题关键点:

  • 积分函数的连续性:即使被积函数$f(x)$在某点不连续,积分函数$g(x)$仍可能连续。
  • 分段点$x=1$的特殊性:需单独计算左右极限,验证连续性。

分段计算$g(x)$

  1. 当$0 \leq x < 1$时:
    $g(x) = \int_{0}^{x} \frac{1}{2}(u^2 + 1) \, du = \frac{x^3}{6} + \frac{x}{2}$
    该表达式为多项式函数,显然连续。

  2. 当$1 \leq x \leq 2$时:
    $g(x) = \underbrace{\int_{0}^{1} \frac{1}{2}(u^2 + 1) \, du}_{\text{前半段积分}} + \underbrace{\int_{1}^{x} \frac{1}{3}(u - 1) \, du}_{\text{后半段积分}}$

    • 前半段积分结果为$\frac{2}{3}$。
    • 后半段积分结果为$\frac{x^2}{6} - \frac{x}{3} + \frac{1}{6}$。
    • 合并得:
      $g(x) = \frac{x^2}{6} - \frac{x}{3} + \frac{5}{6}$
      该表达式也为多项式函数,连续。

验证$x=1$处的连续性

  • 左极限:
    $\lim_{x \to 1^-} g(x) = \frac{1^3}{6} + \frac{1}{2} = \frac{2}{3}$
  • 右极限:
    $\lim_{x \to 1^+} g(x) = \frac{1^2}{6} - \frac{1}{3} + \frac{5}{6} = \frac{2}{3}$
  • 函数值:
    $g(1) = \frac{1^2}{6} - \frac{1}{3} + \frac{5}{6} = \frac{2}{3}$
    左右极限与函数值相等,故$g(x)$在$x=1$处连续。

排除错误选项

  • 选项B(递减):$g'(x) = f(x)$在$0 \leq x < 1$和$1 \leq x \leq 2$时均非负,故$g(x)$整体递增。
  • 选项A(无界):$g(x)$在有限区间$(0,2)$上连续,必有界。
  • 选项C(不连续):已验证$g(x)$在$x=1$处连续。

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