题目
3.设 (x)=|x-(x)^3|(x)^2 ,则使得f(x)在 x=0 处存在最高阶导数的阶数 n= () .-|||-(A)1 (B)2 (C)3 (D)4

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分段函数在分段点处的高阶导数存在性问题,需要结合绝对值函数的展开、导数的定义及左右导数的计算。
解题核心思路:
- 拆分绝对值函数:将原函数$f(x)=|x-x^3|x^2$在$x=0$附近分为左右两段,分别写出表达式。
- 逐阶求导:通过导数的定义,逐阶计算$f(x)$在$x=0$处的一阶、二阶、三阶导数,判断是否存在。
- 左右极限对比:在计算高阶导数时,需分别计算左右导数的极限,若不相等则该阶导数不存在。
破题关键点:
- 分段处理:正确拆分绝对值函数为分段函数。
- 导数定义应用:利用导数的定义计算各阶导数在$x=0$处的值。
- 极限存在性判断:通过左右极限是否相等,确定导数是否存在。
步骤1:拆分绝对值函数
当$x \in (-1,0)$时,$x-x^3 < 0$,故$f(x)=-(x-x^3)x^2 = x^5 - x^3$;
当$x \in [0,1)$时,$x-x^3 \geq 0$,故$f(x)=(x-x^3)x^2 = x^3 - x^5$。
因此,函数可表示为:
$f(x) =
\begin{cases} x^5 - x^3, & -1 < x < 0, \\x^3 - x^5, & 0 \leq x < 1.\end{cases}$
步骤2:计算一阶导数$f'(0)$
根据导数定义:
$f'(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f(x)-f(0)}{x}.$
- 当$x \to 0^+$:$\frac{f(x)}{x} = \frac{x^3 - x^5}{x} = x^2 - x^4 \to 0$;
- 当$x \to 0^-$:$\frac{f(x)}{x} = \frac{x^5 - x^3}{x} = x^4 - x^2 \to 0$。
因此,$f'(0) = 0$。
步骤3:计算二阶导数$f''(0)$
根据导数定义:
$f''(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f'(x) - f'(0)}{x}.$
- 当$x > 0$时,$f'(x) = 3x^2 - 5x^4$,则$\frac{f'(x)}{x} = 3x - 5x^3 \to 0$;
- 当$x < 0$时,$f'(x) = 5x^4 - 3x^2$,则$\frac{f'(x)}{x} = 5x^3 - 3x \to 0$。
因此,$f''(0) = 0$。
步骤4:计算三阶导数$f'''(0)$
根据导数定义:
$f'''(0) = \lim_{x \to 0} \frac{f''(x) - f''(0)}{x}.$
- 当$x > 0$时,$f''(x) = 6x - 20x^3$,则$\frac{f''(x)}{x} = 6 - 20x^2 \to 6$;
- 当$x < 0$时,$f''(x) = 20x^3 - 6x$,则$\frac{f''(x)}{x} = 20x^2 - 6 \to -6$。
左右极限不相等,故$f'''(0)$不存在。
结论:$f(x)$在$x=0$处最高存在二阶导数,故$n=2$。