题目
5.讨论 f(x)= { ,xgt 0 . 在 x=0 处的可导性.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分段函数在分段点处的可导性判断,需要掌握左右导数的定义及极限的计算方法。
解题核心思路:
- 分段函数的可导性需分别计算左导数和右导数,若两者相等,则函数在该点可导。
- 左导数:当$x \to 0^-$时,函数为$\ln(1-x^2)$,需用导数定义计算极限。
- 右导数:当$x \to 0^+$时,函数为$x^2 \sin \frac{1}{x}$,需注意$\sin \frac{1}{x}$的有界性对极限的影响。
破题关键点:
- 左导数中利用泰勒展开或等价无穷小替换简化计算。
- 右导数中通过夹逼定理判断极限值。
左导数计算
当$x \leq 0$时,$f(x) = \ln(1-x^2)$,左导数定义为:
$f'_-(0) = \lim_{h \to 0^-} \frac{f(h) - f(0)}{h} = \lim_{h \to 0^-} \frac{\ln(1-h^2) - \ln 1}{h} = \lim_{h \to 0^-} \frac{\ln(1-h^2)}{h}$
当$h \to 0$时,$\ln(1-h^2) \approx -h^2$(泰勒展开或等价无穷小替换),因此:
$f'_-(0) = \lim_{h \to 0^-} \frac{-h^2}{h} = \lim_{h \to 0^-} (-h) = 0$
右导数计算
当$x > 0$时,$f(x) = x^2 \sin \frac{1}{x}$,右导数定义为:
$f'_+(0) = \lim_{h \to 0^+} \frac{f(h) - f(0)}{h} = \lim_{h \to 0^+} \frac{h^2 \sin \frac{1}{h} - 0}{h} = \lim_{h \to 0^+} h \sin \frac{1}{h}$
由于$|\sin \frac{1}{h}| \leq 1$,且$h \to 0$,根据夹逼定理:
$\lim_{h \to 0^+} h \sin \frac{1}{h} = 0$
因此,$f'_+(0) = 0$。
可导性判断
左右导数均为$0$,故$f(x)$在$x=0$处可导,导数为$0$。