题目
设 f(x,y)=} (xy)/(x-y), & x neq y 0, & x = y ,则 f(x,y) 在 (0,0) 点().A. 极限存在且为 1B. 极限存在且为 -1C. 连续D. 极限不存在
设 $f(x,y)=\begin{cases} \frac{xy}{x-y}, & x \neq y \\ 0, & x = y \end{cases}$,则 $f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 点().
A. 极限存在且为 1
B. 极限存在且为 -1
C. 连续
D. 极限不存在
题目解答
答案
D. 极限不存在
解析
本题考查二元函数在某点的极限存在性以及连续性的判断。解题的关键思路是通过选取不同的路径趋近于点$(0,0)$,若沿不同路径得到的极限值不同,则函数在该点的极限不存在;若极限不存在,那么函数在该点必然不连续。
下面我们通过选取不同路径来计算函数$f(x,y)$在$(0,0)$点的极限:
- 路径一:沿$y = kx$($k\neq1$)趋近于$(0,0)$
将$y = kx$代入函数$f(x,y)$中,此时$x\neq y$(因为$k\neq1$),则$f(x,kx)=\frac{x\cdot kx}{x - kx}$。
对$\frac{x\cdot kx}{x - kx}$进行化简:
$\begin{align*}\frac{x\cdot kx}{x - kx}&=\frac{kx^2}{x(1 - k)}\\&=\frac{kx}{1 - k}\end{align*}$
然后求$\lim\limits_{x\to0}f(x,kx)$,即$\lim\limits_{x\to0}\frac{kx}{1 - k}$,根据极限运算法则,当$x\to0$时,$\lim\limits_{x\to0}\frac{kx}{1 - k}=\frac{k\times0}{1 - k}=0$。 - 路径二:沿$y = x^2 - x$趋近于$(0,0)$
当$y = x^2 - x$时,$x\neq y$(因为$x^2 - x\neq x$,即$x^2 - 2x\neq0$,$x(x - 2)\neq0$,在趋近于$(0,0)$的过程中满足条件),将$y = x^2 - x$代入函数$f(x,y)$中,可得$f(x,x^2 - x)=\frac{x(x^2 - x)}{x - (x^2 - x)}$。
对$\frac{x(x^2 - x)}{x - (x^2 - x)}$进行化简:
$\begin{align*}\frac{x(x^2 - x)}{x - (x^2 - x)}&=\frac{x^3 - x^2}{2x - x^2}\\&=\frac{x^2(x - 1)}{x(2 - x)}\\&=\frac{x(x - 1)}{2 - x}\end{align*}$
接着求$\lim\limits_{x\to0}f(x,x^2 - x)$,即$\lim\limits_{x\to0}\frac{x(x - 1)}{2 - x}$,根据极限运算法则,当$x\to0$时,$\lim\limits_{x\to0}\frac{x(x - 1)}{2 - x}=\frac{0\times(0 - 1)}{2 - 0}=0$。 - 路径三:沿$y = x - x^2$趋近于$(0,0)$
当$y = x - x^2$时,$x\neq y$(因为$x - x^2\neq x$,即$-x^2\neq0$,在趋近于$(0,0)$的过程中满足条件),将$y = x - x^2$代入函数$f(x,y)$中,可得$f(x,x - x^2)=\frac{x(x - x^2)}{x - (x - x^2)}$。
对$\frac{x(x - x^2)}{x - (x - x^2)}$进行化简:
$\begin{align*}\frac{x(x - x^2)}{x - (x - x^2)}&=\frac{x^2 - x^3}{x^2}\\&=1 - x\end{align*}$
再求$\lim\limits_{x\to0}f(x,x - x^2)$,即$\lim\limits_{x\to0}(1 - x)$,根据极限运算法则,当$x\to0$时,$\lim\limits_{x\to0}(1 - x)=1 - 0 = 1$。
由于沿不同路径趋近于$(0,0)$时,函数$f(x,y)$的极限值不同(如沿$y = x - x^2$趋近时极限为$1$,沿$y = kx$趋近时极限为$0$),所以函数$f(x,y)$在$(0,0)$点的极限不存在。
因为函数在某点连续的前提是该点极限存在,而此函数在$(0,0)$点极限不存在,所以函数在$(0,0)$点不连续。