下列函数为有界函数的是.A. y = a^xB. y = arctan xC. y = x^2D. y = tan x
A. $y = a^x$
B. $y = \arctan x$
C. $y = x^2$
D. $y = \tan x$
题目解答
答案
解析
本题考查有界函数的概念,解题思路是根据有界函数的定义,分别分析每个选项中函数的值域,判断其是否有界。
有界函数的定义为:设函数$f(x)$的定义域为$D$,如果存在正数$M$,使得$\vert f(x)\vert\leq M$对任一$x\in D$都成立,则称函数$f(x)$在$D$上有界。
选项A
对于函数$y = a^x$($a>0$且$a\neq1$):
- 当$a > 1$时,函数$y = a^x$在$R$上单调递增,且$\lim\limits_{x\to +\infty} a^x = +\infty$,$\lim\limits_{x\to -\infty} a^x = 0$,这意味着当$x$趋于正无穷时,函数值会无限增大,不存在一个正数$M$,使得$\vert a^x\vert\leq M$对所有$x\in R$都成立,所以$y = a^x$在$R$上无界。
- 当$0 < a < 1$时,函数$y = a^x$在$R$上单调递减,且$\lim\limits_{x\to +\infty} a^x = 0$,$\lim\limits_{x\to -\infty} a^x = +\infty$,即当$x$趋于负无穷时,函数值会无限增大,同样不存在一个正数$M$,使得$\vert a^x\vert\leq M$对所有$x\in R$都成立,所以$y = a^x$在$R$上无界。
选项B
对于函数$y = \arctan x$,其定义域为$R$,值域为$(-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2})$。
取$M = \frac{\pi}{2}$,则对于任意的$x\in R$,都有$\vert\arctan x\vert < \frac{\pi}{2}\leq M$,满足有界函数的定义,所以$y = \arctan x$是有界函数。
选项C
对于函数$y = x^2$,其定义域为$R$。
因为$\lim\limits_{x\to \pm\infty} x^2 = +\infty$,这表明当$x$的绝对值无限增大时,函数值会无限增大,不存在一个正数$M$,使得$\vert x^2\vert\leq M$对所有$x\in R$都成立,所以$y = x^2$在$R$上无界。
选项D
对于函数$y = \tan x$,其定义域为$\{x\mid x\neq k\pi + \frac{\pi}{2}, k\in Z\}$。
在其定义域内,$\lim\limits_{x\to k\pi + \frac{\pi}{2}^-} \tan x = +\infty$,$\lim\limits_{x\to k\pi + \frac{\pi}{2}^+} \tan x = -\infty$($k\in Z$),即当$x$趋近于$k\pi + \frac{\pi}{2}$($k\in Z$)时,函数值会趋于正无穷或负无穷,不存在一个正数$M$,使得$\vert\tan x\vert\leq M$对所有$x$在其定义域内都成立,所以$y = \tan x$在其定义域上无界。