设 f(x) = (1-x cdot 2^1-x)/((2-x)(1-x)) (x neq 1, 2),若 f(x) 在 [1, 2] 上连续,则 f(1)f(2) = _____。
设 $f(x) = \frac{1-x \cdot 2^{1-x}}{(2-x)(1-x)} (x \neq 1, 2)$,若 $f(x)$ 在 $[1, 2]$ 上连续,则 $f(1)f(2) = \_\_\_\_\_$。
题目解答
答案
我们被给出一个函数:
$f(x) = \frac{1 - x \cdot 2^{1 - x}}{(2 - x)(1 - x)}, \quad x \neq 1, 2$
并被告知:$ f(x) $ 在区间 $[1, 2]$ 上连续。问题是:求 $ f(1)f(2) = \, ? $
第一步:理解题意
函数 $ f(x) $ 在 $ x = 1 $ 和 $ x = 2 $ 处没有定义,但题目说它在区间 $[1, 2]$ 上连续。这意味着虽然 $ f(x) $ 在 $ x = 1 $ 和 $ x = 2 $ 处没有定义,但可以通过极限的方式连续延拓这两个点,使得函数在这些点也连续。
所以我们要分别求:
- $ f(1) = \lim_{x \to 1} f(x) $
- $ f(2) = \lim_{x \to 2} f(x) $
然后计算乘积 $ f(1)f(2) $。
第二步:求 $ f(1) = \lim_{x \to 1} f(x) $
我们来看:
$f(x) = \frac{1 - x \cdot 2^{1 - x}}{(2 - x)(1 - x)}$
当 $ x \to 1 $ 时,分子和分母都趋近于 0,所以是一个 $ \frac{0}{0} $ 型极限,可以用洛必达法则或展开法求解。
方法一:使用洛必达法则
先设:
$f(x) = \frac{N(x)}{D(x)} = \frac{1 - x \cdot 2^{1 - x}}{(2 - x)(1 - x)}$
我们先求导数:
-
分子:$ N(x) = 1 - x \cdot 2^{1 - x} $
对 $ x $ 求导:
$N'(x) = - \left[ 2^{1 - x} + x \cdot 2^{1 - x} \cdot \ln 2 \cdot (-1) \right] = -2^{1 - x} + x \cdot 2^{1 - x} \ln 2$
提取公因式:
$N'(x) = 2^{1 - x} (x \ln 2 - 1)$
-
分母:$ D(x) = (2 - x)(1 - x) = -x^2 + 3x - 2 $
对 $ x $ 求导:
$D'(x) = -2x + 3$
所以:
$f'(x) = \frac{2^{1 - x}(x \ln 2 - 1)}{-2x + 3}$
代入 $ x = 1 $:
- 分子:$ 2^{1 - 1}(1 \cdot \ln 2 - 1) = 1 \cdot (\ln 2 - 1) $
- 分母:$ -2 \cdot 1 + 3 = 1 $
所以:
$f(1) = \lim_{x \to 1} f(x) = \frac{\ln 2 - 1}{1} = \ln 2 - 1$
第三步:求 $ f(2) = \lim_{x \to 2} f(x) $
同样,我们代入 $ x = 2 $,看看是否为 $ \frac{0}{0} $ 型:
- 分子:$ 1 - 2 \cdot 2^{1 - 2} = 1 - 2 \cdot \frac{1}{2} = 1 - 1 = 0 $
- 分母:$ (2 - 2)(1 - 2) = 0 \cdot (-1) = 0 $
所以是 $ \frac{0}{0} $ 型,继续使用洛必达法则。
我们已经知道:
$f'(x) = \frac{2^{1 - x}(x \ln 2 - 1)}{-2x + 3}$
代入 $ x = 2 $:
- 分子:$ 2^{1 - 2}(2 \ln 2 - 1) = \frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1) $
- 分母:$ -2 \cdot 2 + 3 = -4 + 3 = -1 $
所以:
$f(2) = \lim_{x \to 2} f(x) = \frac{\frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1)}{-1} = -\frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1)$
第四步:计算 $ f(1)f(2) $
我们已经求出:
- $ f(1) = \ln 2 - 1 $
- $ f(2) = -\frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1) $
所以:
$f(1)f(2) = (\ln 2 - 1) \cdot \left( -\frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1) \right)$
我们展开:
$= -\frac{1}{2}(\ln 2 - 1)(2 \ln 2 - 1)$
我们计算括号内的乘积:
$(\ln 2 - 1)(2 \ln 2 - 1) = \ln 2 \cdot (2 \ln 2 - 1) - 1 \cdot (2 \ln 2 - 1)$
$= 2 (\ln 2)^2 - \ln 2 - 2 \ln 2 + 1 = 2 (\ln 2)^2 - 3 \ln 2 + 1$
所以:
$f(1)f(2) = -\frac{1}{2} \left( 2 (\ln 2)^2 - 3 \ln 2 + 1 \right)$
最终答案:
$\boxed{-\frac{1}{2} \left( 2 (\ln 2)^2 - 3 \ln 2 + 1 \right)}$
这是 $ f(1)f(2) $ 的精确值。
解析
考查要点:本题主要考查函数在某点连续的定义及极限的计算,特别是利用洛必达法则处理未定式极限的能力。
解题核心思路:
由于函数$f(x)$在$x=1$和$x=2$处原定义不成立(分母为零),但题目给出$f(x)$在闭区间$[1,2]$上连续,说明需通过极限定义$f(1)$和$f(2)$。因此,关键步骤是分别计算$\lim_{x \to 1} f(x)$和$\lim_{x \to 2} f(x)$,再求乘积。
破题关键点:
- 识别未定式类型:当$x \to 1$或$x \to 2$时,分子分母均趋近于0,属于$\frac{0}{0}$型,可使用洛必达法则。
- 正确求导:对分子和分母分别求导时,需注意链式法则和乘积法则的应用,避免计算错误。
求$f(1)$
当$x \to 1$时,分子$1 - x \cdot 2^{1-x} \to 0$,分母$(2-x)(1-x) \to 0$,属于$\frac{0}{0}$型,应用洛必达法则:
- 分子导数:
$\frac{d}{dx}\left(1 - x \cdot 2^{1-x}\right) = -2^{1-x} + x \cdot 2^{1-x} \ln 2 = 2^{1-x}(x \ln 2 - 1)$ - 分母导数:
$\frac{d}{dx}\left[(2-x)(1-x)\right] = -2x + 3$ - 代入$x=1$:
$f(1) = \lim_{x \to 1} \frac{2^{1-x}(x \ln 2 - 1)}{-2x + 3} = \frac{2^{0}(\ln 2 - 1)}{1} = \ln 2 - 1$
求$f(2)$
当$x \to 2$时,分子$1 - x \cdot 2^{1-x} \to 0$,分母$(2-x)(1-x) \to 0$,仍为$\frac{0}{0}$型,继续应用洛必达法则:
- 分子导数(同上):
$2^{1-x}(x \ln 2 - 1)$ - 分母导数(同上):
$-2x + 3$ - 代入$x=2$:
$f(2) = \lim_{x \to 2} \frac{2^{1-x}(x \ln 2 - 1)}{-2x + 3} = \frac{2^{-1}(2 \ln 2 - 1)}{-1} = -\frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1)$
计算$f(1)f(2)$
将$f(1)$和$f(2)$代入乘积:
$\begin{aligned}f(1)f(2) &= (\ln 2 - 1) \cdot \left(-\frac{1}{2}(2 \ln 2 - 1)\right) \\&= -\frac{1}{2} \left[(\ln 2 - 1)(2 \ln 2 - 1)\right] \\&= -\frac{1}{2} \left[2 (\ln 2)^2 - 3 \ln 2 + 1\right]\end{aligned}$