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数学
题目

8.函数f(x)=(x)/(1+x^2)在(-∞,+∞)内是( ). (A.)有界函数 (B.)单调函数 (C.)周期函数 (D.)偶函数

8.函数$f(x)=\frac{x}{1+x^{2}}$在(-∞,+∞)内是( ). (
A.)有界函数 (
B.)单调函数 (
C.)周期函数 (
D.)偶函数

题目解答

答案

为了确定函数 $f(x) = \frac{x}{1 + x^2}$ 的性质,我们需要分析它的有界性、单调性、周期性和奇偶性。下面我们将逐一进行分析。

1. 有界性

要判断函数 $f(x)$ 是否有界,我们需要找到一个常数 $M$,使得对于所有 $x \in (-\infty, +\infty)$,都有 $|f(x)| \leq M$。

首先,考虑 $f(x)$ 的表达式:
$f(x) = \frac{x}{1 + x^2}$

对于 $x \geq 0$,我们有:
$f(x) = \frac{x}{1 + x^2} \leq \frac{x}{x^2} = \frac{1}{x} \leq \frac{1}{2\sqrt{x \cdot \frac{1}{x}}} = \frac{1}{2}$
(其中,等号成立当 $x = 1$ 时)

对于 $x < 0$,我们有:
$f(x) = \frac{x}{1 + x^2} \geq \frac{x}{x^2} = \frac{1}{x} \geq -\frac{1}{2\sqrt{(-x) \cdot \frac{1}{-x}}} = -\frac{1}{2}$
(其中,等号成立当 $x = -1$ 时)

因此,对于所有 $x \in (-\infty, +\infty)$,都有 $|f(x)| \leq \frac{1}{2}$。所以,函数 $f(x)$ 是有界的。

2. 单调性

要判断函数 $f(x)$ 是否单调,我们需要分析它的导数 $f'(x)$ 的符号。

首先,计算 $f(x)$ 的导数:
$f'(x) = \frac{(1 + x^2) \cdot 1 - x \cdot 2x}{(1 + x^2)^2} = \frac{1 + x^2 - 2x^2}{(1 + x^2)^2} = \frac{1 - x^2}{(1 + x^2)^2}$

导数 $f'(x)$ 的符号取决于 $1 - x^2$ 的符号:

  • 当 $|x| < 1$ 时, $1 - x^2 > 0$, $f'(x) > 0$,函数 $f(x)$ 单调递增。
  • 当 $|x| > 1$ 时, $1 - x^2 < 0$, $f'(x) < 0$,函数 $f(x)$ 单调递减。
  • 当 $|x| = 1$ 时, $1 - x^2 = 0$, $f'(x) = 0$,函数 $f(x)$ 有极值。

因此,函数 $f(x)$ 在 $(-\infty, +\infty)$ 内不是单调函数。

3. 周期性

要判断函数 $f(x)$ 是否周期函数,我们需要找到一个正数 $T$,使得对于所有 $x \in (-\infty, +\infty)$,都有 $f(x + T) = f(x)$。

考虑 $f(x + T)$:
$f(x + T) = \frac{x + T}{1 + (x + T)^2}$

对于任意正数 $T$, $f(x + T) \neq f(x)$。因此,函数 $f(x)$ 不是周期函数。

4. 奇偶性

要判断函数 $f(x)$ 是否是偶函数,我们需要检查 $f(-x)$ 是否等于 $f(x)$。

考虑 $f(-x)$:
$f(-x) = \frac{-x}{1 + (-x)^2} = \frac{-x}{1 + x^2} = -f(x)$

因此,函数 $f(x)$ 是奇函数,而不是偶函数。

结论

根据以上分析,函数 $f(x) = \frac{x}{1 + x^2}$ 在 $(-\infty, +\infty)$ 内是 (A) 有界函数。

所以,答案是 $\boxed{A}$。

解析

本题主要考察函数的基本性质,包括有界性、单调性、周期性和奇偶性,需结合函数表达式及相关定义逐一分析。

1. 有界性判断

函数有界性指存在常数$M$,对所有$x \in (-\infty, +\infty)$,$|f(x)| \leq M$。
对于$f(x)=\frac{x}{1+x^2}$:

  • 当$x \geq 0$时,利用均值不等式$1+x^2 \geq 2x$(等号成立当$x=1$),则:
    $f(x)=\frac{x}{1+x^2} \leq \frac{x}{2x}=\frac{1}{2}$
  • 当$x < 0$时,同理$1+x^2 \geq -2x$(等号成立当$x=-1$),则:
    $f(x)=\frac{x}{1+x^2} \geq \frac{x}{-2x}=-\fracfrac{1}{2}$
    综上,$|f(x)| \leq \frac{1}{2}$,故$f(x)$是有界函数。

2. 单调性判断

函数单调性通过导数符号判断:
计算导数:
$f'(x)=\frac{(1+x^2)\cdot1 - x\cdot2x}{(1+x^2)^2}=\frac{1-x^2}{(1+x^2)^2}$

  • 当$|x| < 1$时,$1-x^2>0$,$f'(x)>0$,函数递增;
  • 当$|x|>1$时,$1-x^2<0$,$f'(x)<0$,函数递减。
    故$f(x)$在$(-\infty,+\infty)$非单调。

3. 周期性判断

周期函数需存在$T>0$,使$f(x+T)=f(x)$。
假设存在$T$,则:
$\frac{x+T}{1+(x+T)^2}=\frac{x}{1+x^2}$
化简得$T(1+x^2)=x[(x+T)^2-1]$,显然对任意$x$不成立,故非周期函数。

4. 奇偶性

偶函数满足$f(-x)=f(x)$:
计算$f(-x)$:
$f(-x)=\frac{-x}{1+(-x)^2}=-\frac{x}{1+x^2}=-f(x)$
故$f(x)$是奇函数,非偶函数。

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