题目
113 设函数f(x)=}x|x|, &xleqslant0,xlnx, &x>0,则x=0是f(x)的().A. 可导点,极值点B. 不可导点,极值点C. 可导点,非极值点D. 不可导点,非极值点
113 设函数$f(x)=\begin{cases}x|x|, &x\leqslant0,\\xlnx, &x>0,\end{cases}$则x=0是f(x)的().
A. 可导点,极值点
B. 不可导点,极值点
C. 可导点,非极值点
D. 不可导点,非极值点
题目解答
答案
B. 不可导点,极值点
解析
本题考查分段函数在分段点处的可导性与极值点的判断。解题思路是先分别计算函数在$x = 0$处的左导数和右导数,根据左右导数是否相等判断函数在该点是否可导;再通过分析函数在$x = 0$两侧的单调性来判断该点是否为极值点。
1. 判断函数在$x = 0$处的可导性
- 计算左导数$f_{-}'(0)$:
根据左导数的定义$f_{-}'(0)=\lim\limits_{x\to0^{-}}\frac{f(x)-f(0)}{x - 0}$。
已知当$x\leqslant0$时,$f(x)=x|x|$,因为$x\leqslant0$,所以$|x|=-x$,则$f(x)=x\cdot(-x)=-x^{2}$,且$f(0)=0$。
将$f(x)=-x^{2}$和$f(0)=0$代入左导数定义式可得:
$f_{-}'(0)=\lim\limits_{x\to0^{-}}\frac{-x^{2}-0}{x}=\lim\limits_{x\to0^{-}}(-x)=0$ - 计算右导数$f_{+}'(0)$:
根据右导数的定义$f_{+}'(0)=\lim\limits_{x\to0^{+}}\frac{f(x)-f(0)}{x - 0}$。
已知当$x\gt0$时,$f(x)=x\ln x$,且$f(0)=0$。
将$f(x)=x\ln x$和$f(0)=0$代入右导数定义式可得:
$f_{+}'(0)=\lim\limits_{x\to0^{+}}\frac{x\ln x - 0}{x}=\lim\limits_{x\to0^{+}}\ln x=-\infty$
由于$f_{-}'(0)=0$,$f_{+}'(0)=-\infty$,左右导数不相等,所以函数$f(x)$在$x = 0$处不可导。
2. 判断函数在$x = 0$处是否为极值点
- 分析$x\lt0$时函数的单调性:
当$x\lt0$时,$f(x)=-x^{2}$,对$f(x)$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得$f^\prime(x)=(-x^{2})^\prime=-2x$。
因为$x\lt0$,所以$-2x\gt0$,即$f^\prime(x)\gt0$,这说明函数$f(x)$在$(-\infty,0)$上单调递增。 - 分析$x\gt0$时函数的单调性:
当$x\gt0$时,$f(x)=x\ln x$,对$f(x)$求导,根据乘积求导公式$(uv)^\prime=u^\prime v + uv^\prime$,其中$u = x$,$v = \ln x$,可得$f^\prime(x)=(x\ln x)^\prime=\ln x + x\cdot\frac{1}{x}=\ln x + 1$。
令$f^\prime(x)=0$,即$\ln x + 1 = 0$,解得$x = \frac{1}{e}$。
当$0\lt x\lt\frac{1}{e}$时,$\ln x\lt -1$,所以$f^\prime(x)=\ln x + 1\lt0$,这说明函数$f(x)$在$(0,\frac{1}{e})$上单调递减。
因为函数$f(x)$在$(-\infty,0)$上单调递增,在$(0,\frac{1}{e})$上单调递减,所以$x = 0$是函数$f(x)$的一个极大值点。
综上,$x = 0$是$f(x)$的不可导点,极值点。