题目
设f(x)= { , xneq 0 0, x=0 .的原函数也不存在
设
,则在区间
上(
)
A.函数
的定积分存在,但
的原函数不存在.
B.函数
的定积分存在,且
的原函数也存在.
C.函数
的定积分不存在,但
的原函数存在.
D.函数
的定积分不存在,且
的原函数也不存在
题目解答
答案
首先,对于选项 A。
函数
在区间
上有界,且只有一个间断点
。根据定积分的相关定理,有界函数在有限个间断点的区间上的定积分存在。
但是
附近的变化非常剧烈,其导数不存在,所以
在包含
的区间内不存在原函数。
综上所述,函数
的定积分存在,但
的原函数不存在,选项A正确。
选项B中说原函数存在是错误的。
选项C中定积分不存在的说法错误。
选项D中定积分不存在且原函数不存在的说法也是错误的。
所以应该选择A选项。
解析
考查要点:本题主要考查定积分存在性与原函数存在性的区别,涉及函数的有界性、间断点类型以及导数的存在性。
解题核心思路:
- 定积分存在性:判断函数在区间上是否可积,需满足有界且间断点构成零测集(如有限个间断点)。
- 原函数存在性:原函数存在要求函数在区间上几乎处处可导且导数等于原函数,需特别注意特殊点(如$x=0$)的导数是否存在。
破题关键点:
- 定积分存在:$f(x)$在$[-1,1]$上有界,且仅有一个第一类间断点$x=0$,满足可积条件。
- 原函数不存在:$f(x)$在$x=0$附近振荡剧烈,导致其原函数在$x=0$处不可导。
定积分存在性的分析
- 有界性:$\sin \dfrac{1}{x}$的取值范围为$[-1,1]$,且$f(0)=0$,故$f(x)$在$[-1,1]$上有界。
- 间断点类型:$f(x)$仅在$x=0$处不连续,属于第一类间断点(左右极限存在)。
- 可积性结论:根据定积分存在定理,有界函数在有限个间断点的区间上可积,因此$f(x)$在$[-1,1]$上的定积分存在。
原函数存在性的分析
- 原函数定义:若存在函数$F(x)$使得$F'(x) = f(x)$对所有$x \in [-1,1]$成立,则$f(x)$存在原函数。
- 关键矛盾点:当$x \to 0$时,$\sin \dfrac{1}{x}$振荡无限次,导致其原函数$F(x) = \int_{a}^{x} f(t) \, dt$在$x=0$处的导数不存在(导数定义无法满足)。
- 结论:原函数在$x=0$处不可导,因此$f(x)$在$[-1,1]$上不存在原函数。