设f(x)可导,F(x)=f(x)(1+|sinx|),则f(0)=0是F(x)在x=0处可导的()。A. 充分必要条件B. 充分条件但非必要条件C. 必要条件但非充分条件D. 既非充分条件又非必要条件
A. 充分必要条件
B. 充分条件但非必要条件
C. 必要条件但非充分条件
D. 既非充分条件又非必要条件
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查函数在某点可导的条件,涉及绝对值函数与可导性的关系,以及必要条件、充分条件的判断。
解题核心思路:
- 分段讨论:由于$| \sin x |$在$x=0$附近左右两侧的表达式不同,需分别计算左右导数。
- 导数定义:通过导数的定义式,结合$f(x)$可导的条件,推导出$F(x)$在$x=0$处可导的条件。
- 等价性分析:通过左右导数相等的方程,得出$f(0)=0$是$F(x)$可导的充要条件。
破题关键点:
- 左右导数的计算:正确展开导数定义式,分离出$f(0)$和$f'(0)$的项。
- 方程求解:通过左右导数相等得出$f(0)=0$,并验证其必要性和充分性。
步骤1:计算右导数$F'_+(0)$
当$x \to 0^+$时,$\sin x \geq 0$,故$| \sin x | = \sin x$,此时:
$\begin{aligned}F'_+(0) &= \lim_{h \to 0^+} \frac{F(h) - F(0)}{h} \\&= \lim_{h \to 0^+} \frac{f(h)(1+\sin h) - f(0)}{h} \\&= \lim_{h \to 0^+} \left[ \frac{f(h) - f(0)}{h} \cdot (1+\sin h) + f(0) \cdot \frac{\sin h}{h} \right] \\&= f'(0) \cdot 1 + f(0) \cdot 1 \quad (\because \sin h \approx h) \\&= f'(0) + f(0).\end{aligned}$
步骤2:计算左导数$F'_-(0)$
当$x \to 0^-$时,$\sin x < 0$,故$| \sin x | = -\sin x$,此时:
$\begin{aligned}F'_-(0) &= \lim_{h \to 0^-} \frac{F(h) - F(0)}{h} \\&= \lim_{h \to 0^-} \frac{f(h)(1 - \sin h) - f(0)}{h} \\&= \lim_{h \to 0^-} \left[ \frac{f(h) - f(0)}{h} \cdot (1 - \sin h) - f(0) \cdot \frac{\sin h}{h} \right] \\&= f'(0) \cdot 1 - f(0) \cdot 1 \quad (\because \sin h \approx h) \\&= f'(0) - f(0).\end{aligned}$
步骤3:左右导数相等条件
$F(x)$在$x=0$处可导当且仅当$F'_+(0) = F'_-(0)$,即:
$f'(0) + f(0) = f'(0) - f(0) \implies 2f(0) = 0 \implies f(0) = 0.$
结论:
$f(0)=0$是$F(x)$在$x=0$处可导的充要条件。