1.设f(x)在x=0处连续,则f(x)在x=0处可导的充分条件是( )A. lim_(xto0)(f(x)-f(-x))/(2x)存在.B. lim_(xto0)(f(ln(1+x^2))-f(0))/(x^2)存在.C. lim_(xto0)(f(x)-f(0))/(sqrt[3](x))存在.D. lim_(xtoinfty)xf((1)/(x))存在.
A. $\lim_{x\to0}\frac{f(x)-f(-x)}{2x}$存在.
B. $\lim_{x\to0}\frac{f(\ln(1+x^{2}))-f(0)}{x^{2}}$存在.
C. $\lim_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{\sqrt[3]{x}}$存在.
D. $\lim_{x\to\infty}xf(\frac{1}{x})$存在.
题目解答
答案
解析
本题考查函数在某点可导的充分条件,解题的关键在于根据函数可导的定义$f^\prime(0)=\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$,对每个选项进行分析判断。
选项A
已知$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(-x)}{2x}$存在,设$g(x)=f(x)-f(-x)$,则$\lim\limits_{x\to0}\frac{g(x)}{2x}$存在。
根据导数定义,$f^\prime(0)=\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$,仅$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(-x)}{2x}$存在不能推出$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$存在。
例如$f(x)=\vert x\vert$,$\lim\limits_{x\to0}\frac{\vert x\vert-\vert -x\vert}{2x}=\lim\limits_{x\to0}\frac{0}{2x}=0$存在,但$f(x)=\vert x\vert$在$x = 0$处不可导,因为$\lim\limits_{x\to0^+}\frac{\vert x\vert - \vert 0\vert}{x}=\lim\limits_{x\to0^+}\frac{x}{x}=1$,$\lim\limits_{x\to0^-}\frac{\vert x\vert - \vert 0\vert}{x}=\lim\limits_{x\to0^-}\frac{-x}{x}=-1$,左右导数不相等,所以选项A错误。
选项B
已知$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\ln(1 + x^2)) - f(0)}{x^2}$存在,令$t = \ln(1 + x^2)$,当$x\to0$时,$t\to0$,且$x^2 = e^t - 1$。
则$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(\ln(1 + x^2)) - f(0)}{x^2}=\lim\limits_{t\to0}\frac{f(t) - f(0)}{e^t - 1}$。
根据等价无穷小$e^t - 1\sim t$($t\to0$),所以$\lim\limits_{t\to0}\frac{f(t) - f(0)}{e^t - 1}=\lim\limits_{t\to0}\frac{f(t) - f(0)}{t}$,这符合函数$f(x)$在$x = 0$处可导的定义$f^\prime(0)=\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$,所以选项B正确。
选项C
已知$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x) - f(0)}{\sqrt[3]{x}}$存在,设$y = \sqrt[3]{x}$,则$x = y^3$,当$x\to0$时,$y\to0$。
$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x) - f(0)}{\sqrt[3]{x}}=\lim\limits_{y\to0}\frac{f(y^3) - f(0)}{y}$,此极限存在不能推出$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$存在。
例如$f(x)=\begin{cases}1, & x = 0 \\ 0, & x\neq0\end{cases}$,$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x) - f(0)}{\sqrt[3]{x}}=\lim\limits_{x\to0}\frac{0 - 1}{\sqrt[3]{x}}$不存在,若考虑$f(x)=\vert x\vert^{\frac{4}{3}}$,$\lim\limits_{x\to0}\frac{\vert x\vert^{\frac{4}{3}} - 0}{\sqrt[3]{x}}=\lim\limits_{x\to0}\vert x\vert = 0$存在,但$f^\prime(0)=\lim\limits_{x\to0}\frac{\vert x\vert^{\frac{4}{3}} - 0}{x}$,当$x\to0^+$时,$\lim\limits_{x\to0^+}\frac{x^{\frac{4}{3}}}{x}=\lim\limits_{x\to0^+}x^{\frac{1}{3}} = 0$,当$x\to0^-$时,$\lim\limits_{x\to0^-}\frac{(-x)^{\frac{4}{3}}}{x}=\lim\limits_{x\to0^-}(-x)^{\frac{1}{3}} = 0$,虽然此例可导,但不能说明一般情况,所以选项C错误。
选项D
已知$\lim\limits_{x\to\infty}xf(\frac{1}{x})$存在,令$t = \frac{1}{x}$,当$x\to\infty$时,$t\to0$,则$\lim\limits_{x\to\infty}xf(\frac{1}{x})=\lim\limits_{t\to0}\frac{f(t)}{t}$。
此极限存在不能推出$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$存在,因为$\lim\limits_{t\to0}\frac{f(t)}{t}$与$\lim\limits_{x\to0}\frac{f(x)-f(0)}{x}$形式不同,缺少$f(0)$这一项,所以选项D错误。