注 类似地, 已知函数f(x,y)=}(x^2+y^2)cdot sin (1)/(xy),&xyneq 0,0,&xy=0,则在点(0,0)处 ()A. (partial f(x,y))/(partial x)连续,f(x,y)可微.B. (partial f(x,y))/(partial x)连续,f(x,y)不可微.C. (partial f(x,y))/(partial x)不连续,f(x,y)可微.D. (partial f(x,y))/(partial x)不连续,f(x,y)不可微.
A. $\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$连续,f(x,y)可微.
B. $\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$连续,f(x,y)不可微.
C. $\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$不连续,f(x,y)可微.
D. $\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$不连续,f(x,y)不可微.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查多元函数在某点处偏导数的连续性与可微性的判断,涉及偏导数的定义与计算、极限的存在性以及可微的充分条件。
解题核心思路:
- 计算偏导数:分别求出当$xy \neq 0$和$xy = 0$时的偏导数$f_x$,特别注意在$(0,0)$处需用定义计算。
- 判断偏导数连续性:通过沿不同路径趋近于$(0,0)$,观察偏导数的极限是否存在且等于$f_x(0,0)$。
- 判断可微性:利用可微的定义,验证余项是否为高阶无穷小。
破题关键点:
- 路径依赖性:沿特定路径(如$y = kx$)趋近于$(0,0)$时,偏导数的极限是否存在。
- 有界性与极限:利用$\sin$函数的有界性,结合代数运算判断余项的极限。
计算偏导数$f_x(0,0)$
当$xy \neq 0$时,对$x$求导:
$f_x(x,y) = 2x \sin \frac{1}{xy} - \frac{x^2 + y^2}{x^2 y} \cos \frac{1}{xy}.$
当$xy = 0$时,特别地,在$(0,0)$处:
$f_x(0,0) = \lim_{x \to 0} \frac{f(x,0) - f(0,0)}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{0 - 0}{x} = 0.$
判断$f_x$的连续性
沿路径$y = kx$趋近于$(0,0)$,计算:
$\lim_{x \to 0} f_x(x,kx) = \lim_{x \to 0} \left[ 2x \sin \frac{1}{kx^2} - \frac{1 + k^2}{kx} \cos \frac{1}{kx^2} \right].$
- 第一项$2x \sin \frac{1}{kx^2}$中,$x \to 0$且$\sin$有界,故极限为$0$。
- 第二项$-\frac{1 + k^2}{kx} \cos \frac{1}{kx^2}$中,$\cos$振荡且分母趋近于$0$,极限不存在。
结论:$f_x(x,y)$在$(0,0)$处不连续。
判断$f(x,y)$的可微性
计算余项:
$\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{f(x,y) - f(0,0) - f_x(0,0)x - f_y(0,0)y}{\sqrt{x^2 + y^2}} = \lim_{(x,y) \to (0,0)} \sqrt{x^2 + y^2} \sin \frac{1}{xy}.$
- $\sin \frac{1}{xy}$有界,$\sqrt{x^2 + y^2} \to 0$,故极限为$0$。
结论:$f(x,y)$在$(0,0)$处可微。