题目
注 类似地,已知函数f(x,y)=}(x^2+y^2)cdot sin (1)/(xy),&xyneq 0,0,&xy=0,则在点(0,0)处(A)(partial f(x,y))/(partial x)连续,f(x,y)可微. (B)(partial f(x,y))/(partial x)连续,f(x,y)不可微.(C)(partial f(x,y))/(partial x)不连续,f(x,y)可微. (D)(partial f(x,y))/(partial x)不连续,f(x,y)不可微.
注 类似地,
已知函数$f(x,y)=\begin{cases}(x^{2}+y^{2})\cdot \sin \frac{1}{xy},&xy\neq 0,\\0,&xy=0,\end{cases}$则在点$(0,0)$处
(A)$\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$连续,$f(x,y)$可微. (B)$\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$连续,$f(x,y)$不可微.
(C)$\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$不连续,$f(x,y)$可微. (D)$\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}$不连续,$f(x,y)$不可微.
题目解答
答案
为了确定函数 $ f(x, y) $ 在点 $(0,0)$ 处的性质,我们需要分析偏导数的连续性和函数的可微性。让我们一步步进行。
### 第1步:计算 $ f(x, y) $ 在 $(0,0)$ 处的偏导数
偏导数 $ \frac{\partial f}{\partial x} $ 在 $(0,0)$ 处定义为:
\[
\frac{\partial f}{\partial x}(0,0) = \lim_{h \to 0} \frac{f(h,0) - f(0,0)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{0 - 0}{h} = 0.
\]
同样,偏导数 $ \frac{\partial f}{\partial y} $ 在 $(0,0)$ 处为:
\[
\frac{\partial f}{\partial y}(0,0) = \lim_{k \to 0} \frac{f(0,k) - f(0,0)}{k} = \lim_{k \to 0} \frac{0 - 0}{k} = 0.
\]
### 第2步:计算 $ f(x, y) $ 在 $(x, y) \neq (0,0)$ 处的偏导数
对于 $ xy \neq 0 $,偏导数 $ \frac{\partial f}{\partial x} $ 为:
\[
\frac{\partial f}{\partial x} = 2x \sin \frac{1}{xy} + (x^2 + y^2) \cos \frac{1}{xy} \left( -\frac{1}{x^2 y} \right) = 2x \sin \frac{1}{xy} - \frac{(x^2 + y^2) \cos \frac{1}{xy}}{x^2 y}.
\]
### 第3步:检查 $ \frac{\partial f}{\partial x} $ 在 $(0,0)$ 处的连续性
我们需要检查:
\[
\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{\partial f}{\partial x} = 0.
\]
考虑沿直线 $ y = x $ 的极限:
\[
\lim_{x \to 0} \frac{\partial f}{\partial x}(x,x) = \lim_{x \to 0} \left( 2x \sin \frac{1}{x^2} - \frac{(x^2 + x^2) \cos \frac{1}{x^2}}{x^3} \right) = \lim_{x \to 0} \left( 2x \sin \frac{1}{x^2} - \frac{2 \cos \frac{1}{x^2}}{x} \right).
\]
项 $ 2x \sin \frac{1}{x^2} $ 趋于 0,但项 $ -\frac{2 \cos \frac{1}{x^2}}{x} $ 不趋于任何有限值,因为 $ \cos \frac{1}{x^2} $ 在 $ x \to 0 $ 时在 -1 和 1 之间振荡。因此,极限不存在,$ \frac{\partial f}{\partial x} $ 在 $(0,0)$ 处不连续。
### 第4步:检查 $ f(x, y) $ 在 $(0,0)$ 处的可微性
函数 $ f(x, y) $ 在 $(0,0)$ 处可微,如果:
\[
\lim_{(h,k) \to (0,0)} \frac{f(h,k) - f(0,0) - \frac{\partial f}{\partial x}(0,0)h - \frac{\partial f}{\partial y}(0,0)k}{\sqrt{h^2 + k^2}} = 0.
\]
这简化为:
\[
\lim_{(h,k) \to (0,0)} \frac{(h^2 + k^2) \sin \frac{1}{hk}}{\sqrt{h^2 + k^2}} = \lim_{(h,k) \to (0,0)} \sqrt{h^2 + k^2} \sin \frac{1}{hk}.
\]
由于 $ \sin \frac{1}{hk} $ 在 -1 和 1 之间有界,$ \sqrt{h^2 + k^2} \sin \frac{1}{hk} $ 趋于 0 当 $ (h,k) \to (0,0) $。因此,$ f(x, y) $ 在 $(0,0)$ 处可微。
### 结论
偏导数 $ \frac{\partial f}{\partial x} $ 在 $(0,0)$ 处不连续,但函数 $ f(x, y) $ 在 $(0,0)$ 处可微。正确答案是:
\[
\boxed{C}
\]