24.设f(x,y)=}(y-e^(1)/(x^(2)))(y-3e^(1)/(x^(2))),&xneq0,y^2,&x=0,则点(0,0)().(A)是f(x,x)的极小值点,也是f(x,y)的极小值点(B)是f(x,x)的极小值点,不是f(x,y)的极小值点(C)不是f(x,x)的极小值点,是f(x,y)的极小值点(D)不是f(x,x)的极小值点,也不是f(x,y)的极小值点
题目解答
答案
为了判断点 $(0,0)$ 是否为 $f(x,x)$ 的极小值点以及是否为 $f(x,y)$ 的极小值点,我们需要分别分析这两个函数在该点附近的性质。
已知函数定义为:
$f(x,y) = \begin{cases} (y - e^{-\frac{1}{x^2}})(y - 3e^{-\frac{1}{x^2}}), & x \neq 0 \\ y^2, & x = 0 \end{cases}$
首先,计算函数在点 $(0,0)$ 处的值。根据定义,当 $x=0$ 时,$f(0,y) = y^2$。
所以,$f(0,0) = 0^2 = 0$。
第一步:分析 $f(x,x)$ 在 $x=0$ 处的极值情况
我们需要构造一元函数 $g(x) = f(x,x)$ 并分析其在 $x=0$ 附近的符号。
- 当 $x = 0$ 时,$g(0) = f(0,0) = 0$。
- 当 $x \neq 0$ 时,代入 $y=x$ 到 $x \neq 0$ 的分段表达式中:
$g(x) = f(x,x) = \left(x - e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(x - 3e^{-\frac{1}{x^2}}\right)$
我们需要判断当 $x$ 在 $0$ 附近(即 $x \to 0$)时,$g(x)$ 的符号。
当 $x \to 0$ 时,指数项 $e^{-\frac{1}{x^2}}$ 是比任何 $x$ 的正次幂都要高阶的无穷小量。也就是说,当 $x$ 足够接近 $0$ 时,$x$ 的值远大于 $e^{-\frac{1}{x^2}}$。
具体来说,当 $x$ 足够小(例如 $0 < |x| < 1$)时,有 $x > 3e^{-\frac{1}{x^2}} > e^{-\frac{1}{x^2}} > 0$ (对于 $x>0$),以及 $x < 0 < e^{-\frac{1}{x^2}}$ (对于 $x<0$)。
- 如果 $x > 0$ 且非常小,那么 $x - e^{-\frac{1}{x^2}} > 0$ 且 $x - 3e^{-\frac{1}{x^2}} > 0$,所以 $g(x) > 0$。
- 如果 $x < 0$ 且非常小(接近 $0$),那么 $x$ 是负数,而 $e^{-\frac{1}{x^2}}$ 是正数。因此 $x - e^{-\frac{1}{x^2}} < 0$ 且 $x - 3e^{-\frac{1}{x^2}} < 0$。两个负数相乘得到正数,所以 $g(x) > 0$。
综上所述,在 $x=0$ 的某个去心邻域内,$g(x) = f(x,x) > 0$。
又因为 $g(0) = 0$,所以 $g(x) \ge g(0)$ 在 $x=0$ 附近恒成立。
因此,点 $(0,0)$ 是 $f(x,x)$ 的极小值点。
第二步:分析 $f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 处的极值情况
我们需要判断在点 $(0,0)$ 的任意邻域内,$f(x,y)$ 是否总是大于等于 $f(0,0)=0$。
已知 $f(0,0) = 0$。
考虑当 $x \neq 0$ 时的表达式:
$f(x,y) = \left(y - e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(y - 3e^{-\frac{1}{x^2}}\right)$
这是一个关于 $y$ 的二次函数。令 $a = e^{-\frac{1}{x^2}}$,则 $a > 0$。
$f(x,y) = (y - a)(y - 3a)$
这个二次函数的图像是一个开口向上的抛物线,其零点为 $y = a$ 和 $y = 3a$。
在两个零点之间,即当 $a < y < 3a$ 时,函数值小于 $0$。
也就是说,当 $e^{-\frac{1}{x^2}} < y < 3e^{-\frac{1}{x^2}}$ 时,$f(x,y) < 0$。
现在我们在 $(0,0)$ 附近取点。对于任意小的 $\delta > 0$,只要取 $x$ 满足 $0 < |x| < \delta$,并且取 $y$ 满足 $e^{-\frac{1}{x^2}} < y < 3e^{-\frac{1}{x^2}}$(例如取 $y = 2e^{-\frac{1}{x^2}}$),那么点 $(x,y)$ 就在 $(0,0)$ 的邻域内(因为当 $x \to 0$ 时,$e^{-\frac{1}{x^2}} \to 0$,所以 $y \to 0$)。
在这个点上,函数值为:
$f\left(x, 2e^{-\frac{1}{x^2}}\right) = \left(2e^{-\frac{1}{x^2}} - e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(2e^{-\frac{1}{x^2}} - 3e^{-\frac{1}{x^2}}\right) = \left(e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(-e^{-\frac{1}{x^2}}\right) = -e^{-\frac{2}{x^2}} < 0$
由于在点 $(0,0)$ 的任意邻域内都存在使得 $f(x,y) < 0 = f(0,0)$ 的点,因此 $f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 处不满足极小值的定义。
所以,点 $(0,0)$ 不是 $f(x,y)$ 的极小值点。
结论
通过以上推导:
- 点 $(0,0)$ 是 $f(x,x)$ 的极小值点。
- 点 $(0,0)$ 不是 $f(x,y)$ 的极小值点。
对比选项,符合的是 (B)。
正确答案是 (B)。
解析
本题主要考查二元函数极值点的判断,解题思路是分别分析函数 $f(x,x)$ 和 $f(x,y)$ 在点 $(0,0)$ 处的极值情况。
1. 计算函数在点 $(0,0)$ 处的值
已知函数 $f(x,y)=\begin{cases}(y - e^{-\frac{1}{x^2}})(y - 3e^{-\frac{1}{x^2}}),&x\neq0\\y^2,&x = 0\end{cases}$,当 $x = 0$ 时,$f(0,y)=y^2$,所以 $f(0,0)=0^2 = 0$。
2. 分析 $f(x,x)$ 在 $x = 0$ 处的极值情况
构造一元函数 $g(x)=f(x,x)$。
- 当 $x = 0$ 时,$g(0)=f(0,0)=0$。
- 当 $x\neq0$ 时,$g(x)=f(x,x)=\left(x - e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(x - 3e^{-\frac{1}{x^2}}\right)$。
当 $x\to0$ 时,$e^{-\frac{1}{x^2}}$ 是比任何 $x$ 的正次幂都高阶的无穷小量。- 当 $x>0$ 且足够小时,$x>3e^{-\frac{1}{x^2}}>e^{-\frac{1}{x^2}}>0$,则 $x - e^{-\frac{1}{x^2}}>0$ 且 $x - 3e^{-\frac{1}{x^2}}>0$,所以 $g(x)>0$。
- 当 $x<0$ 且足够小时,$x<0<e^{-\frac{1}{x^2}}$,则 $x - e^{-\frac{1}{x^2}}<0$ 且 $x - 3e^{-\frac{1}{x^2}}<0$,两个负数相乘得正数,所以 $g(x)>0$。
即在 $x = 0$ 的某个去心邻域内,$g(x)=f(x,x)>0$,又 $g(0)=0$,所以 $g(x)\geq g(0)$ 在 $x = 0$ 附近恒成立,因此点 $(0,0)$ 是 $f(x,x)$ 的极小值点。
3. 分析 $f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 处的极值情况
当 $x\neq0$ 时,$f(x,y)=\left(y - e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(y - 3e^{-\frac{1}{x^2}}\right)$,令 $a = e^{-\frac{1}{x^2}}$($a>0$),则 $f(x,y)=(y - a)(y - 3a)$,这是一个开口向上的抛物线,在 $a<y<3a$ 时,$f(x,y)<0$。
对于任意小的 $\delta>0$,取 $0<|x|<\delta$,并取 $y = 2e^{-\frac{1}{x^2}}$(满足 $e^{-\frac{1}{x^2}}<y<3e^{-\frac{1}{x^2}}$),此时点 $(x,y)$ 在 $(0,0)$ 的邻域内,且 $f\left(x,2e^{-\frac{1}{x^2}}\right)=\left(2e^{-\frac{1}{x^2}} - e^{-\frac{1}{x^2}}\right)\left(2e^{-\frac{1}{x^2}} - 3e^{-\frac{1}{x^2}}\right)=-e^{-\frac{2}{x^2}}<0$。
由于在点 $(0,0)$ 的任意邻域内都存在使得 $f(x,y)<0 = f(0,0)$ 的点,所以 $f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 处不满足极小值的定义,点 $(0,0)$ 不是 $f(x,y)$ 的极小值点。