题目
设f(x)= {x)^3,xleqslant 1 (x)^2,xgt 1 . 则f(x)在 x=1 处的


题目解答
答案
解析:

解析
考查要点:本题主要考查分段函数在分段点处的左右导数存在性判断,涉及函数连续性与可导性的关系。
解题核心思路:
- 判断函数在分段点处的连续性:若函数在某点不连续,则该点的导数可能存在也可能不存在,需进一步分析左右导数。
- 分别计算左导数和右导数:
- 左导数:使用左侧表达式求导,并验证极限是否存在。
- 右导数:使用右侧表达式求导,同时注意函数在分段点的值是否连续,若不连续可能导致右导数不存在。
破题关键点:
- 函数在x=1处不连续:左极限为$\frac{2}{3}$,右极限为1,故不右连续。
- 右导数的极限形式:由于函数在x=1处不连续,右导数的分子包含$f(1+h)-f(1)$,其中$f(1)$与右侧函数值不匹配,导致极限趋向无穷,故右导数不存在。
步骤1:判断函数在x=1处的连续性
- 左极限:$\lim\limits_{x \to 1^-} f(x) = \frac{2}{3}(1)^3 = \frac{2}{3}$
- 右极限:$\lim\limits_{x \to 1^+} f(x) = (1)^2 = 1$
- 函数值:$f(1) = \frac{2}{3}$
由于左极限等于函数值,但右极限不等于函数值,故f(x)在x=1处不右连续。
步骤2:计算左导数
- 左侧表达式:$f(x) = \frac{2}{3}x^3$,导数为$f'(x) = 2x^2$
- 左导数:$\lim\limits_{x \to 1^-} f'(x) = 2(1)^2 = 2$
因此,左导数存在且等于2。
步骤3:计算右导数
- 右侧表达式:$f(x) = x^2$,导数为$f'(x) = 2x$
- 右导数定义:
$\lim\limits_{h \to 0^+} \frac{f(1+h) - f(1)}{h} = \lim\limits_{h \to 0^+} \frac{(1+h)^2 - \frac{2}{3}}{h}$
展开分子:
$(1 + 2h + h^2) - \frac{2}{3} = \frac{1}{3} + 2h + h^2$
代入极限:
$\lim\limits_{h \to 0^+} \frac{\frac{1}{3} + 2h + h^2}{h} = \lim\limits_{h \to 0^+} \left( \frac{1}{3h} + 2 + h \right)$
由于$\frac{1}{3h} \to +\infty$,故右导数的极限不存在。