2.下列函数中,在x=0处不可导的是A. f(x) = |x| sin |x|B. f(x) = |x| sin sqrt(x)C. f(x) = cos |x|D. f(x) = cos sqrt(x)
A. $f(x) = |x| \sin |x|$
B. $f(x) = |x| \sin \sqrt{x}$
C. $f(x) = \cos |x|$
D. $f(x) = \cos \sqrt{x}$
题目解答
答案
解析
本题考查函数在某点处可导性的判断,解题思路是根据函数可导的定义,通过求函数在$x = 0$处的左导数和右导数,若左导数等于右导数,则函数在该点可导,反之则不可导。
选项A
对于函数$f(x) = |x| \sin |x|$,根据导数定义求$x = 0$处的导数:
$f^\prime(0)=\lim\limits_{x \to 0} \frac{f(x) - f(0)}{x - 0}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{|x| \sin |x| - 0}{x}=\lim\limits_{x \to 0} \frac{|x| \sin |x|}{x}$
因为$\vert\sin\vert x\vert\vert\leqslant1$,$\lim\limits_{x \to 0}\vert x\vert = 0$,根据有界函数与无穷小的乘积为无穷小,可得:
$\lim\limits_{x \to 0} \frac{|x| \sin |x|}{x}=0$
所以函数$f(x) = |x| \sin |x|$在$x = 0$处可导。
选项B
对于函数$f(x) = |x| \sin \sqrt{x}$,其定义域为$[0, +\infty)$,只能求右导数:
$f^\prime_+(0)=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{f(x) - f(0)}{x - 0}=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{|x| \sin \sqrt{x} - 0}{x}=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{x \sin \sqrt{x}}{x}=\lim\limits_{x \to 0^+} \sin \sqrt{x}=0$
虽然右导数存在,但由于函数定义域不包含$x\lt0$的部分,无法求左导数,不满足函数在某点可导的充要条件是左导数和右导数都存在且相等,所以函数$f(x) = |x| \sin \sqrt{x}$在$x = 0$处不可导。
选项C
对于函数$f(x) = \cos |x|$,因为$\cos(-x)=\cos x$,所以$f(x)=\cos x$,$f^\prime(x)=-\sin x$,则$f^\prime(0)=-\sin 0 = 0$,函数$f(x) = \cos |x|$在$x = 0$处可导。
选项D
对于函数$f(x) = \cos \sqrt{x}$,其定义域为$[0, +\infty)$,求右导数:
$f^\prime_+(0)=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{f(x) - f(0)}{x - 0}=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{\cos \sqrt{x} - 1}{x}$
根据等价无穷小$1 - \cos t\sim\frac{1}{2}t^2$($t \to 0$),当$x \to 0^+$时,$\sqrt{x} \to 0$,则$\cos \sqrt{x} - 1\sim-\frac{1}{2}(\sqrt{x})^2=-\frac{1}{2}x$,所以:
$f^\prime_+(0)=\lim\limits_{x \to 0^+} \frac{-\frac{1}{2}x}{x}=-\frac{1}{2}$
右导数存在,虽然定义域不包含$x\lt0$部分,但在其定义域内$x = 0$处右导数存在可认为在该点可导(在单侧区间端点处可导只需考虑单侧导数)。