题目
设函数 f(x)=} g(x)sin(1)/(x), & xneq0, 0, & x=0, 其中 g(x) 在 x=0 点可导. 若 f(x) 在 x=0 点可导, 则 f'(0)= ______.
设函数 $f(x)=\begin{cases} g(x)\sin\frac{1}{x}, & x\neq0, \\ 0, & x=0, \end{cases}$ 其中 $g(x)$ 在 $x=0$ 点可导. 若 $f(x)$ 在 $x=0$ 点可导, 则 $f'(0)=$ ______.
题目解答
答案
由题意,函数 $ f(x) $ 在 $ x = 0 $ 处可导,且
$f(x) = \begin{cases} g(x) \sin \frac{1}{x}, & x \neq 0, \\ 0, & x = 0, \end{cases}$
其中 $ g(x) $ 在 $ x = 0 $ 处可导。根据导数定义,
$f'(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{g(x) \sin \frac{1}{x}}{x}.$
由于 $ \sin \frac{1}{x} $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,为使极限存在,必须有
$\lim_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} = 0.$
这 implies $ g(0) = 0 $ 且 $ g'(0) = 0 $。因此,
$f'(0) = \lim_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} \cdot \sin \frac{1}{x} = 0 \cdot \text{(有界量)} = 0.$
答案: $\boxed{0}$
解析
本题考查函数在某点可导的定义以及极限的计算,解题的关键在于利用导数定义求出$f^\prime(0)$,并结合$\sin\frac{1}{x}$的有界性和极限存在的条件来确定结果。
- 根据导数定义求$f^\prime(0)$:
已知函数$f(x)$在$x = 0$处可导,根据导数的定义$f^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x}$。
因为$f(x) = \begin{cases} g(x) \sin \frac{1}{x}, & x \neq 0, \\ 0, & x = 0, \end{cases}$,所以$f(0)=0$,则$f^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x) \sin \frac{1}{x}-0}{x}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x) \sin \frac{1}{x}}{x}$。 - 分析极限存在的条件:
由于$\sin\frac{1}{x}$是有界函数,即$\vert\sin\frac{1}{x}\vert\leqslant1$,为使$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x) \sin \frac{1}{x}}{x}$存在,因为$\sin\frac{1}{x}$在$x\to0$时在$[-1,1]$内振荡,所以必须有$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} = 0$。 - 由$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} = 0$推出$g(0)$和$g^\prime(0)$的值:
因为$g(x)$在$x = 0$点可导,则$g(x)$在$x = 0$点连续,即$\lim\limits_{x \to 0}g(x)=g(0)$。
$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} = 0$,若$g(0)\neq0$,则$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x}$为无穷大,与$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} = 0$矛盾,所以$g(0)=0$。
又因为$g^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)-g(0)}{x}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x}=0$。 - 计算$f^\prime(0)$的值:
将$f^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x) \sin \frac{1}{x}}{x}$变形为$f^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} \cdot \sin \frac{1}{x}$,由前面分析可知$\lim\limits_{x \to 0} \frac{g(x)}{x} = 0$,$\sin\frac{1}{x}$是有界量,根据有界量与无穷小的乘积为无穷小,可得$f^\prime(0)=0\cdot(\text{有界量}) = 0$。