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数学
题目

146 设f(x,y)在(0,0)点连续,且 lim _(xarrow 0)dfrac (f(x,y)+3x-4y)({({x)^2+(y)^2)}^a}=2(agt 0), 则f(x,y)在(0,-|||-0)点可微的充要条件是-|||-(A) lt 1. (B) alpha lt dfrac (1)(2). (C) alpha geqslant dfrac (1)(2), (D) alpha gt dfrac (1)(2).

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查二元函数在某点可微的条件,涉及极限、连续性与可微性的关系,以及不同阶无穷小对可微性的影响。

解题核心思路:

  1. 利用极限条件表达f(x,y):根据题目给出的极限条件,将f(x,y)表示为线性项与高阶无穷小的组合。
  2. 判断可微性:根据可微的定义,验证f(x,y)的增量是否可分解为线性部分加上比距离更高速的无穷小。
  3. 分析参数α的影响:通过比较$(x^2+y^2)^\alpha$与$\sqrt{x^2+y^2}$的阶数,确定不同α值下高阶无穷小的存在性。

破题关键点:

  • 关键结论:当$\alpha > \frac{1}{2}$时,$(x^2+y^2)^\alpha$是比$\sqrt{x^2+y^2}$更高阶的无穷小,此时极限条件可推出f(x,y)的增量满足可微性。
  • 反例分析:当$\alpha \leq \frac{1}{2}$时,通过沿特定路径(如y=0)计算偏导数,发现导数不存在,从而不可微。

步骤1:利用极限条件表达f(x,y)
由题意,当$(x,y) \to (0,0)$时,
$\lim_{(x,y)\to(0,0)} \frac{f(x,y)+3x-4y}{(x^2+y^2)^\alpha} = 2.$
由此可得:
$f(x,y) + 3x - 4y = 2(x^2+y^2)^\alpha + o\left((x^2+y^2)^\alpha\right).$

步骤2:分析不同α值对阶数的影响

  • 当$\alpha > \frac{1}{2}$时:
    $(x^2+y^2)^\alpha = \left(\sqrt{x^2+y^2}\right)^{2\alpha}$,由于$2\alpha > 1$,故$(x^2+y^2)^\alpha$是比$\sqrt{x^2+y^2}$更高阶的无穷小。此时:
    $f(x,y) - f(0,0) = -3x + 4y + o\left(\sqrt{x^2+y^2}\right),$
    满足可微的定义。

  • 当$\alpha = \frac{1}{2}$时:
    $(x^2+y^2)^{1/2} = \sqrt{x^2+y^2}$,此时:
    $f(x,y) - f(0,0) = -3x + 4y + 2\sqrt{x^2+y^2} + o\left(\sqrt{x^2+y^2}\right).$
    沿y=0路径趋近于(0,0),计算偏导数$f_x(0,0)$时,发现左右极限不相等,故偏导数不存在,不可微。

  • 当$\alpha < \frac{1}{2}$时:
    $(x^2+y^2)^\alpha$是比$\sqrt{x^2+y^2}$更低阶的无穷小,无法被包含在$o\left(\sqrt{x^2+y^2}\right)$中,导致增量中存在非线性项,不可微。

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