3.1 设f(x)=}(1-cos x)/(sqrt(x)),&x>0,x^2g(x),&xleqslant 0,其中g(x)是有界函数,则f(x)在x=0处()A. 极限不存在B. 极限存在,但不连续C. 连续,但不可导D. 可导
A. 极限不存在
B. 极限存在,但不连续
C. 连续,但不可导
D. 可导
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查分段函数在分界点处的连续性和可导性判断,涉及极限计算、等价无穷小替换、导数定义的应用。
解题核心思路:
- 极限存在性:分别计算$x \to 0^+$和$x \to 0^-$的极限,结合等价无穷小和有界函数性质判断极限值。
- 连续性:比较极限值与$f(0)$是否相等。
- 可导性:通过导数定义计算左右导数,验证是否相等。
破题关键点:
- 右极限:利用$1 - \cos x \sim \frac{x^2}{2}$简化计算。
- 左极限:利用$g(x)$有界,通过夹逼定理得出极限。
- 导数计算:注意左右导数的定义,结合函数表达式分段处理。
1. 极限存在性
右极限($x \to 0^+$)
利用等价无穷小$1 - \cos x \sim \frac{x^2}{2}$:
$\lim_{x \to 0^+} \frac{1 - \cos x}{\sqrt{x}} = \lim_{x \to 0^+} \frac{x^2/2}{\sqrt{x}} = \lim_{x \to 0^+} \frac{x^{3/2}}{2} = 0.$
左极限($x \to 0^-$)
由$g(x)$有界,存在$M > 0$使得$|g(x)| \leq M$,则:
$|f(x)| = |x^2 g(x)| \leq M x^2 \to 0 \quad (x \to 0^-).$
由夹逼定理得$\lim_{x \to 0^-} f(x) = 0$。
结论:$\lim_{x \to 0} f(x) = 0$,极限存在。
2. 连续性
$f(0) = 0^2 g(0) = 0$,与极限值相等,故$f(x)$在$x=0$处连续。
3. 可导性
右导数($h \to 0^+$)
$f'_+(0) = \lim_{h \to 0^+} \frac{f(h) - f(0)}{h} = \lim_{h \to 0^+} \frac{\frac{1 - \cos h}{\sqrt{h}}}{h} = \lim_{h \to 0^+} \frac{h^{3/2}/2}{h} = \lim_{h \to 0^+} \frac{\sqrt{h}}{2} = 0.$
左导数($h \to 0^-$)
$f'_-(0) = \lim_{h \to 0^-} \frac{f(h) - f(0)}{h} = \lim_{h \to 0^-} \frac{h^2 g(h)}{h} = \lim_{h \to 0^-} h g(h).$
由$|h g(h)| \leq M |h| \to 0$,得$f'_-(0) = 0$。
结论:左右导数相等,故$f(x)$在$x=0$处可导。