设f(x)= {x)^3,xleqslant 1 (x)^2,xgt 1 .,则f(x)在x=1处的( )。A、左、右导数都存在B、左导数存在,但右导数不存在C、左导数不存在,但右导数存在D、左、右导数都不存在
设
,则f(x)在x=1处的( )。
- A、左、右导数都存在
- B、左导数存在,但右导数不存在
- C、左导数不存在,但右导数存在
- D、左、右导数都不存在
题目解答
答案
解析
本题考查分段函数在分段点处的左右导数存在性判断。关键点在于:
- 左右导数的定义:左导数用左邻域的表达式,右导数用右邻域的表达式;
- 函数在分段点的连续性:若函数在分段点不连续,导数不存在,但左右导数可能仍存在;
- 极限计算:需正确代入分段点的函数值,避免混淆左右表达式。
左导数计算
当$x \leq 1$时,$f(x) = \dfrac{2}{3}x^3$,左导数定义为:
$f'_-(1) = \lim_{h \to 0^-} \frac{f(1+h) - f(1)}{h}$
代入$f(1+h) = \dfrac{2}{3}(1+h)^3$和$f(1) = \dfrac{2}{3}$:
$\begin{aligned}f'_-(1) &= \lim_{h \to 0^-} \frac{\dfrac{2}{3}(1+h)^3 - \dfrac{2}{3}}{h} \\&= \dfrac{2}{3} \lim_{h \to 0^-} \frac{(1+3h+3h^2+h^3) - 1}{h} \\&= \dfrac{2}{3} \lim_{h \to 0^-} \frac{3h + 3h^2 + h^3}{h} \\&= \dfrac{2}{3} \cdot 3 = 2\end{aligned}$
左导数存在,值为2。
右导数计算
当$x > 1$时,$f(x) = x^2$,右导数定义为:
$f'_+(1) = \lim_{h \to 0^+} \frac{f(1+h) - f(1)}{h}$
代入$f(1+h) = (1+h)^2$和$f(1) = \dfrac{2}{3}$:
$\begin{aligned}f'_+(1) &= \lim_{h \to 0^+} \frac{(1+h)^2 - \dfrac{2}{3}}{h} \\&= \lim_{h \to 0^+} \frac{1 + 2h + h^2 - \dfrac{2}{3}}{h} \\&= \lim_{h \to 0^+} \frac{\dfrac{1}{3} + 2h + h^2}{h} \\&= \lim_{h \to 0^+} \left( \frac{1}{3h} + 2 + h \right)\end{aligned}$
当$h \to 0^+$时,$\dfrac{1}{3h} \to +\infty$,因此右导数不存在。