题目
注 类似地, 1.已知函数f(x)=(int_(0)^x|sin t|dt)/(x^a)在(0,+∞)上有界,则α的取值范围应为 (A.)(0,+∞). (B.)(0,3]. (C.)[1,2] (D.)(1,3] (C)
注 类似地, 1.已知函数$f(x)=\frac{\int_{0}^{x}|\sin t|dt}{x^{a}}$在(0,+∞)上有界,则α的取值范围应为 (
A.)(0,+∞). (
B.)(0,3]. (
C.)[1,2] (
D.)(1,3] (C)
A.)(0,+∞). (
B.)(0,3]. (
C.)[1,2] (
D.)(1,3] (C)
题目解答
答案
当 $x \to 0^+$ 时,利用等价无穷小 $|\sin t| \sim t$,得
\[
\int_0^x |\sin t| \, dt \sim \frac{x^2}{2}, \quad f(x) \sim \frac{x^{2-\alpha}}{2}.
\]
为使 $f(x)$ 有界,需 $2 - \alpha \geq 0$,即 $\alpha \leq 2$。
当 $x \to +\infty$ 时,
\[
\int_0^x |\sin t| \, dt \approx \frac{2x}{\pi}, \quad f(x) \approx \frac{2}{\pi} x^{1-\alpha}.
\]
为使 $f(x)$ 有界,需 $1 - \alpha \leq 0$,即 $\alpha \geq 1$。
综上,$\alpha$ 的取值范围为 $[1, 2]$,对应选项 $\boxed{C}$。
解析
考查要点:本题主要考查函数在无穷区间上的有界性,涉及积分与极限的结合应用。关键在于分析函数在$x \to 0^+$和$x \to +\infty$时的行为,确定$\alpha$的限制条件。
解题思路:
- 局部分析:分别考虑$x$趋近于$0^+$和$+\infty$时,分子积分的近似表达式,结合分母$x^\alpha$的衰减速度,判断$f(x)$是否有界。
- 关键方法:
- 等价无穷小替换:当$x \to 0^+$时,用$|\sin t| \sim t$简化积分。
- 周期函数积分近似:当$x \to +\infty$时,利用$|\sin t|$的周期性求积分渐进行为。
- 综合条件:将两个极限情况下的$\alpha$范围取交集,得到最终答案。
当$x \to 0^+$时
- 积分近似:
当$t \to 0$时,$|\sin t| \sim t$,因此积分可近似为:
$\int_0^x |\sin t| \, dt \sim \int_0^x t \, dt = \frac{x^2}{2}.$ - 函数表达式:
代入$f(x)$得:
$f(x) \sim \frac{\frac{x^2}{2}}{x^\alpha} = \frac{x^{2-\alpha}}{2}.$ - 有界性条件:
当$x \to 0^+$时,若$f(x)$有界,需$x^{2-\alpha}$不趋于无穷大,即指数$2 - \alpha \geq 0$,得:
$\alpha \leq 2.$
当$x \to +\infty$时
- 积分近似:
$|\sin t|$的周期为$\pi$,每个周期内的积分为$\int_0^\pi |\sin t| \, dt = 2$。因此,当$x$很大时:
$\int_0^x |\sin t| \, dt \approx \frac{2}{\pi} x.$ - 函数表达式:
代入$f(x)$得:
$f(x) \approx \frac{\frac{2}{\pi} x}{x^\alpha} = \frac{2}{\pi} x^{1-\alpha}.$ - 有界性条件:
当$x \to +\infty$时,若$f(x)$有界,需$x^{1-\alpha}$不趋于无穷大,即指数$1 - \alpha \leq 0$,得:
$\alpha \geq 1.$
综合条件
结合$x \to 0^+$和$x \to +\infty$的条件,$\alpha$需满足:
$1 \leq \alpha \leq 2,$
即$\alpha$的取值范围为$[1, 2]$,对应选项$\boxed{C}$。