题目
设(x)=dfrac ({x)^2}(x-a)(int )_(a)^xf(t)dt, 其中f(x)设(x)=dfrac ({x)^2}(x-a)(int )_(a)^xf(t)dt, 其中f(x)


题目解答
答案
解析:

解析
考查要点:本题主要考查极限的计算,涉及积分中值定理和洛必达法则的应用,同时需要理解连续函数在积分中的性质。
解题核心思路:
当$x \to a$时,分子中的积分$\int_{a}^{x}f(t)dt$和分母$x-a$均趋近于0,形成$\frac{0}{0}$型不定式。可通过以下两种方法解决:
- 积分中值定理:将积分转化为$f(\xi)(x-a)$,其中$\xi$介于$a$与$x$之间,进而简化极限计算。
- 洛必达法则:对分子和分母分别求导,消去不定式形式。
破题关键点:
- 连续函数的积分性质:利用积分中值定理或微积分基本定理,将积分表达式转化为与$f(a)$相关的形式。
- 极限化简:通过消去$(x-a)$项或求导,将复杂表达式简化为直接代入$x=a$的形式。
方法1:积分中值定理
- 应用积分中值定理:
由于$f(x)$连续,存在$\xi \in (a, x)$,使得
$\int_{a}^{x}f(t)dt = f(\xi)(x-a).$ - 代入原式并化简:
$F(x) = \frac{x^2 \cdot f(\xi)(x-a)}{x-a} = x^2 f(\xi).$ - 取极限:
当$x \to a$时,$\xi \to a$,故
$\lim_{x \to a} F(x) = a^2 f(a).$
方法2:洛必达法则
- 识别不定式形式:
分子$\int_{a}^{x}f(t)dt \to 0$,分母$x-a \to 0$,满足$\frac{0}{0}$型。 - 对分子和分母求导:
- 分子导数:
$\frac{d}{dx}\left[x^2 \int_{a}^{x}f(t)dt\right] = 2x \int_{a}^{x}f(t)dt + x^2 f(x).$ - 分母导数:$\frac{d}{dx}(x-a) = 1$.
- 分子导数:
- 代入洛必达法则:
$\lim_{x \to a} F(x) = \lim_{x \to a} \left[2x \int_{a}^{x}f(t)dt + x^2 f(x)\right].$ - 化简极限:
当$x \to a$时,$\int_{a}^{x}f(t)dt \to 0$,故第一项为0,最终得
$\lim_{x \to a} F(x) = a^2 f(a).$
方法3:排除法(特殊值验证)
取$f(x) = 2$(连续函数),代入计算:
$\lim_{x \to a} \frac{x^2}{x-a} \int_{a}^{x} 2 dt = \lim_{x \to a} \frac{x^2 \cdot 2(x-a)}{x-a} = \lim_{x \to a} 2x^2 = 2a^2.$
此时选项B为$a^2 f(a) = a^2 \cdot 2 = 2a^2$,与计算结果一致,排除其他选项。