设 f(x) 在 (-1,1) 内可导,且 lim_(x to 0) (f(x))/(x^2) = 1,则()(A) lim_(x to 0) (f'(x))/(x) 存在(B) lim_(x to 0) (f'(x))/(x) 不存在(C) f'(0) = 0, f''(0) = 2(D) f(0) 是 f(x) 的极小值
设 $f(x)$ 在 $(-1,1)$ 内可导,且 $\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x^2} = 1$,则() (A) $\lim_{x \to 0} \frac{f'(x)}{x}$ 存在 (B) $\lim_{x \to 0} \frac{f'(x)}{x}$ 不存在 (C) $f'(0) = 0, f''(0) = 2$ (D) $f(0)$ 是 $f(x)$ 的极小值
题目解答
答案
我们来逐项分析这道题,给出详细的解题过程和答案。
已知条件:
- 函数 $ f(x) $ 在区间 $ (-1, 1) $ 内可导;
- 且有极限:
$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x^2} = 1$
第一步:从极限条件分析 $ f(x) $ 的性质
我们已知:
$\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x^2} = 1$
这意味着当 $ x \to 0 $ 时,$ f(x) $ 与 $ x^2 $ 是同阶无穷小,而且极限为 1,说明:
$f(x) \sim x^2 \quad \text{当 } x \to 0$
也就是说,我们可以写出:
$f(x) = x^2 + o(x^2) \quad \text{当 } x \to 0$
第二步:利用导数定义求 $ f'(0) $
由于 $ f(x) $ 在 $ x = 0 $ 处可导,我们可以用导数定义来求 $ f'(0) $:
$f'(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x}$
但我们不知道 $ f(0) $ 的值。不过从极限条件 $ \frac{f(x)}{x^2} \to 1 $,我们可以推断出:
$f(x) \to 0 \quad \text{当 } x \to 0$
因为 $ x^2 \to 0 $,而极限是有限值 1,所以 $ f(x) \to 0 $。
因此,$ f(0) = 0 $。
代入导数定义:
$f'(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x} = \lim_{x \to 0} \left( \frac{f(x)}{x^2} \cdot x \right) = \lim_{x \to 0} (1 \cdot x) = 0$
所以:
$f'(0) = 0$
第三步:求 $ f''(0) $
我们已经知道:
$f(x) = x^2 + o(x^2)$
对它求导:
$f'(x) = 2x + o(x)$
再对 $ f'(x) $ 求导:
$f''(x) = 2 + o(1) \Rightarrow f''(0) = 2$
第四步:分析选项
我们来逐个看选项:
(A) $ \lim_{x \to 0} \frac{f'(x)}{x} $ 存在
我们已知:
$f'(x) = 2x + o(x) \Rightarrow \frac{f'(x)}{x} = 2 + o(1)
\Rightarrow \lim_{x \to 0} \frac{f'(x)}{x} = 2$
所以这个极限存在,(A) 是 正确 的。
(B) $ \lim_{x \to 0} \frac{f'(x)}{x} $ 不存在
与上面矛盾,所以 (B) 是 错误 的。
(C) $ f'(0) = 0, f''(0) = 2 $
我们已经推导出:
- $ f'(0) = 0 $
- $ f''(0) = 2 $
所以 (C) 是 正确 的。
(D) $ f(0) $ 是 $ f(x) $ 的极小值
我们已经知道:
- $ f(x) \sim x^2 $,所以 $ f(x) \ge 0 $ 附近;
- $ f(0) = 0 $
所以 $ f(0) $ 是极小值。
因此,(D) 是 正确 的。
最终结论:
正确选项是:
$\boxed{\text{(A)、(C)、(D)}}$