题目
9.设函数f(x)=lim_(ntoinfty)(1+x)/(1+x^2n),求f(x)的间断点并判断其类型.
9.设函数$f(x)=\lim_{n\to\infty}\frac{1+x}{1+x^{2n}}$,求f(x)的间断点并判断其类型.
题目解答
答案
当 $ |x| < 1 $ 时,$ x^{2n} \to 0 $,故 $ f(x) = 1 + x $;
当 $ |x| = 1 $ 时,
- $ x = 1 $:$ f(1) = \frac{2}{2} = 1 $;
- $ x = -1 $:$ f(-1) = \frac{0}{2} = 0 $;
当 $ |x| > 1 $ 时,$ x^{2n} \to +\infty $,故 $ f(x) = 0 $。
分段函数为:
\[ f(x) = \begin{cases}
1+x & -1 < x < 1, \\
1 & x = 1, \\
0 & x \leq -1 \text{ 或 } x > 1.
\end{cases} \]
在 $ x = 1 $ 处,左极限为2,右极限为0,函数值为1,为跳跃间断点;
在 $ x = -1 $ 处,左、右极限均为0,函数值为0,连续。
**答案:**
\[
\boxed{x=1 \text{(第一类跳跃间断点)}}
\]
解析
考查要点:本题主要考查分段函数的极限求解、分段点处的连续性判断以及间断点类型的判定。
解题核心思路:
- 分情况讨论:根据$x$的不同取值范围($|x|<1$、$|x|=1$、$|x|>1$),分析$x^{2n}$的极限,从而确定$f(x)$的表达式。
- 构造分段函数:将不同区间内的表达式整合,明确分界点。
- 判断间断点:通过计算分界点处的左、右极限与函数值,判断是否存在间断点及其类型。
破题关键点:
- 关键结论:当$|x|<1$时$x^{2n} \to 0$,当$|x|>1$时$x^{2n} \to +\infty$,当$|x|=1$时需单独分析$x=1$和$x=-1$。
- 关键方法:分段讨论后,通过极限比较分界点处的连续性。
分情况讨论$x$的取值范围
当$|x| < 1$时
此时$x^{2n} \to 0$,分母$1+x^{2n} \to 1$,分子$1+x$保持不变,故:
$f(x) = \frac{1+x}{1+0} = 1+x.$
当$|x| = 1$时
- $x=1$:$x^{2n}=1^{2n}=1$,分母$1+1=2$,分子$1+1=2$,故$f(1)=\frac{2}{2}=1$。
- $x=-1$:$x^{2n}=(-1)^{2n}=1$,分母$1+1=2$,分子$1+(-1)=0$,故$f(-1)=\frac{0}{2}=0$。
当$|x| > 1$时
此时$x^{2n} \to +\infty$,分母$1+x^{2n} \to +\infty$,分子$1+x$为有限值,故:
$f(x) = \frac{1+x}{+\infty} = 0.$
构造分段函数
综合上述分析,函数$f(x)$可表示为:
$f(x) =
\begin{cases} 1+x & -1 < x < 1, \\1 & x = 1, \\0 & x \leq -1 \text{ 或 } x > 1.\end{cases}$
判断间断点
在$x=1$处
- 左极限:当$x \to 1^-$时,$f(x)=1+x \to 1+1=2$。
- 右极限:当$x \to 1^+$时,$f(x)=0 \to 0$。
- 函数值:$f(1)=1$。
由于左极限(2)≠ 右极限(0),且函数值不等于任意一侧极限,故$x=1$为第一类跳跃间断点。
在$x=-1$处
- 左极限:当$x \to -1^-$时,$f(x)=0 \to 0$。
- 右极限:当$x \to -1^+$时,$f(x)=1+x \to 1+(-1)=0$。
- 函数值:$f(-1)=0$。
左、右极限与函数值均相等,故$x=-1$处连续。