题目
3.函数f(x)=}(x)/(1-e^frac(1){x)},&xneq0,0,&x=0在x=0处( )A. 不连续.B. 可导.C. 取极大值.D. 取极小值.
3.函数$f(x)=\begin{cases}\frac{x}{1-e^{\frac{1}{x}}},&x\neq0,\\0,&x=0\end{cases}$在x=0处( )
A. 不连续.
B. 可导.
C. 取极大值.
D. 取极小值.
题目解答
答案
C. 取极大值.
解析
本题考查函数在某点处的连续性、可导性以及极值的判断,解题思路是分别根据连续性、可导性和极值的定义及判定方法来逐一分析函数在$x = 0$处的性质。
1. 判断函数在$x = 0$处的连续性
函数在某点连续的定义为$\lim\limits_{x \to x_0} f(x) = f(x_0)$。
计算$\lim\limits_{x \to 0} f(x)$,需要分别计算$x\to 0^+$和$x\to 0^-$时的极限:
- 当$x\to 0^+$时,$\frac{1}{x}\to +\infty$,则$e^{\frac{1}{x}}\to +\infty$,$\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}$,分子分母同时除以$e^{\frac{1}{x}}$可得:
$\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{x e^{-\frac{1}{x}}}{e^{-\frac{1}{x}} - 1}$,因为$\lim\limits_{x \to 0^+} x e^{-\frac{1}{x}}=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{x}{e^{\frac{1}{x}}}=0$(指数函数增长速度远快于一次函数),$\lim\limits_{x \to 0^+} (e^{-\frac{1}{x}} - 1)= -1$,所以$\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}=0$。 - 当$x\to 0^-$时,$\frac{1}{x}\to -\infty$,则$e^{\frac{1}{x}}\to 0$,$\lim\limits_{x \to 0^-} \frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}=\frac{0}{1 - 0}=0$。
因为$\lim\limits_{x \to 0^+} f(x)=\lim\limits_{x \to 0^-} f(x)=0=f(0)$,所以函数$f(x)$在$x = 0$处连续。
2. 判断函数在$x = 0$处的可导性
函数在某点可导的定义为$f^\prime(x_0)=\lim\limits_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}$存在。
计算$f^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x - 0}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{\frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}-0}{x}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{1}{1 - e^{\frac{1}{x}}}$,同样需要分别计算$x\to 0^+$和$x\to 0^-$时的极限:
- 当$x\to 0^+$时,$\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{1}{1 - e^{\frac{1}{x}}}=0$。
- 当$x\to 0^-$时,$\lim\limits_{x \to 0^-} \frac{1}{1 - e^{\frac{1}{x}}}=1$。
因为$\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{1}{1 - e^{\frac{1}{x}}}\neq\lim\limits_{x \to 0^-} \frac{1}{1 - e^{\frac{1}{x}}}$,所以$\lim\limits_{x \to 0} \frac{1}{1 - e^{\frac{1}{x}}}$不存在,即函数$f(x)$在$x = 0$处不可导。
3. 判断函数在$x = 0$处是否取极值
当$x\neq 0$时,$f(x)=\frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}$,对其进行分析:
- 当$x\gt 0$时,$e^{\frac{1}{x}}\gt 1$,则$1 - e^{\frac{1}{x}}\lt 0$,所以$f(x)=\frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}\lt 0=f(0)$。
- 当$x\lt 0$时,$0\lt e^{\frac{1}{x}}\lt 1$,则$1 - e^{\frac{1}{x}}\gt 0$,所以$f(x)=\frac{x}{1 - e^{\frac{1}{x}}}\lt 0=f(0)$。
根据极值的定义,在$x = 0$的某邻域内,对于任意$x\neq 0$,都有$f(x)\lt f(0)$,所以函数$f(x)$在$x = 0$处取极大值。