函数 f(x)=} (e^x-1)/(x), & xneq0 1, & x=0 在 x=0 处( )A. 不连续B. 连续但不可导C. 可导且导数等于0D. 可导且导数不为0
A. 不连续
B. 连续但不可导
C. 可导且导数等于0
D. 可导且导数不为0
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查分段函数在分段点处的连续性和可导性判断,需要综合运用极限、洛必达法则等知识。
解题核心思路:
- 连续性判断:计算函数在$x=0$处的极限值,与$f(0)$比较,若相等则连续。
- 可导性判断:利用导数定义计算$f'(0)$,若极限存在则可导,进一步判断导数值是否为0。
破题关键点:
- 连续性:通过洛必达法则计算$\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x}$,验证极限是否等于$f(0)$。
- 可导性:通过导数定义和两次洛必达法则计算$f'(0)$,确定导数是否存在且是否为0。
连续性分析
计算$\lim_{x \to 0} f(x)$:
当$x \neq 0$时,$f(x) = \frac{e^x - 1}{x}$。
当$x \to 0$时,分子$e^x - 1 \to 0$,分母$x \to 0$,属于$\frac{0}{0}$型不定式,应用洛必达法则:
$\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\frac{d}{dx}(e^x - 1)}{\frac{d}{dx}x} = \lim_{x \to 0} \frac{e^x}{1} = 1.$
由于$f(0) = 1$,满足$\lim_{x \to 0} f(x) = f(0)$,故函数在$x=0$处连续。
可导性分析
计算$f'(0)$:
根据导数定义:
$f'(0) = \lim_{h \to 0} \frac{f(h) - f(0)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{\frac{e^h - 1}{h} - 1}{h}.$
化简分子:
$\frac{e^h - 1}{h} - 1 = \frac{e^h - 1 - h}{h}.$
因此:
$f'(0) = \lim_{h \to 0} \frac{e^h - 1 - h}{h^2}.$
当$h \to 0$时,分子$e^h - 1 - h \to 0$,分母$h^2 \to 0$,属于$\frac{0}{0}$型不定式,应用洛必达法则:
$\lim_{h \to 0} \frac{e^h - 1 - h}{h^2} = \lim_{h \to 0} \frac{\frac{d}{dh}(e^h - 1 - h)}{\frac{d}{dh}h^2} = \lim_{h \to 0} \frac{e^h - 1}{2h}.$
再次应用洛必达法则:
$\lim_{h \to 0} \frac{e^h - 1}{2h} = \lim_{h \to 0} \frac{\frac{d}{dh}(e^h - 1)}{\frac{d}{dh}2h} = \lim_{h \to 0} \frac{e^h}{2} = \frac{1}{2}.$
因此,$f'(0) = \frac{1}{2} \neq 0$,函数在$x=0$处可导且导数不为0。