函数 f(x)=((x^2-x)e^frac(1)/(x))(|x|(x^2-1)) 的第二类间断点的个数为 ( )(A). 1.(B). 2.(C). 3.(D). 4.
函数 $f(x)=\frac{(x^2-x)e^{\frac{1}{x}}}{|x|(x^2-1)}$ 的第二类间断点的个数为 ( ) (A). 1. (B). 2. (C). 3. (D). 4.
题目解答
答案
我们来分析函数
$f(x) = \frac{(x^2 - x)e^{1/x}}{|x|(x^2 - 1)}$
的第二类间断点的个数。
第一步:确定函数的定义域
我们先找出函数在哪些点没有定义,这些点可能是间断点。
观察函数的表达式:
- 分母是:$ |x|(x^2 - 1) $
- $ x^2 - 1 = (x - 1)(x + 1) $
所以分母为零当且仅当:
- $ x = 0 $(因为 $ |x| = 0 $)
- $ x = 1 $
- $ x = -1 $
因此,函数在 $ x = -1, 0, 1 $ 处无定义,这些点是可能的间断点。
此外,分子中有 $ e^{1/x} $,当 $ x = 0 $ 时 $ 1/x $ 无定义,这也说明 $ x = 0 $ 是关键点。
所以函数在 $ x = -1, 0, 1 $ 处不连续(或未定义),我们逐个分析这些点是否为间断点,以及是第几类。
第二步:回顾间断点的分类
- 第一类间断点:左右极限都存在但不相等,或不等于函数值(如跳跃间断)
- 第二类间断点:左右极限至少有一个不存在(包括无穷、振荡等)
我们要找的是第二类间断点,即极限不存在的点。
第三步:逐个分析 $ x = -1, 0, 1 $
1. 分析 $ x = 1 $
函数在 $ x = 1 $ 处无定义,我们考察极限是否存在。
先化简函数表达式,看看能不能约分。
函数:
$f(x) = \frac{(x^2 - x)e^{1/x}}{|x|(x^2 - 1)} = \frac{x(x - 1)e^{1/x}}{|x|(x - 1)(x + 1)}$
注意:当 $ x \ne 1 $ 且 $ x \ne 0 $ 时,可以约去 $ x - 1 $(但 $ x = 1 $ 处不能约)
所以当 $ x \ne 1 $ 且 $ x \ne 0, \pm1 $ 时:
$f(x) = \frac{x e^{1/x}}{|x|(x + 1)} = \frac{x}{|x|} \cdot \frac{e^{1/x}}{x + 1}$
因为 $ \frac{x}{|x|} = \text{sign}(x) $,即符号函数。
所以:
$f(x) = \text{sign}(x) \cdot \frac{e^{1/x}}{x + 1}, \quad x \ne -1, 0, 1$
这个化简形式在 $ x \ne -1, 0, 1 $ 时成立。
现在我们用这个简化形式来分析极限。
分析 $ x \to 1 $
在 $ x \to 1 $ 附近,$ x > 0 $,所以 $ \text{sign}(x) = 1 $,且 $ x + 1 \to 2 $,$ e^{1/x} \to e^1 = e $
所以:
$\lim_{x \to 1} f(x) = 1 \cdot \frac{e}{2} = \frac{e}{2}$
极限存在!
所以 $ x = 1 $ 是可去间断点(第一类),不是第二类。
2. 分析 $ x = -1 $
函数在 $ x = -1 $ 处无定义。
考虑 $ x \to -1 $ 时的极限。
在 $ x \to -1 $ 附近,$ x < 0 $,所以 $ \text{sign}(x) = -1 $
所以:
$f(x) = - \frac{e^{1/x}}{x + 1}$
现在考虑 $ x \to -1 $ 时的行为:
- $ e^{1/x} $:当 $ x \to -1 $,$ 1/x \to -1 $,所以 $ e^{1/x} \to e^{-1} $,是有限值
- $ x + 1 \to 0 $
所以分母趋于 0,分子趋于 $ -e^{-1} \ne 0 $
关键:要看 $ x \to -1^+ $ 和 $ x \to -1^- $ 时 $ x + 1 $ 的符号。
- $ x \to -1^+ $:$ x > -1 $,$ x + 1 \to 0^+ $
- $ x \to -1^- $:$ x < -1 $,$ x + 1 \to 0^- $
所以:
$\lim_{x \to -1^+} f(x) = - \frac{e^{-1}}{0^+} = -\infty$
$\lim_{x \to -1^-} f(x) = - \frac{e^{-1}}{0^-} = - \left( \frac{e^{-1}}{\text{负小数}} \right) = - ( \text{负大数} ) = +\infty$
所以:
- 左极限:$ +\infty $
- 右极限:$ -\infty $
左右极限都不存在(趋于无穷),所以是第二类间断点。
✅ $ x = -1 $ 是第二类间断点。
3. 分析 $ x = 0 $
这是最复杂的一个点。
函数在 $ x = 0 $ 无定义,且 $ e^{1/x} $ 在 $ x \to 0 $ 时行为剧烈。
我们分别考虑 $ x \to 0^+ $ 和 $ x \to 0^- $
再次使用化简后的表达式:
$f(x) = \text{sign}(x) \cdot \frac{e^{1/x}}{x + 1}, \quad x \ne -1, 0, 1$
(1)$ x \to 0^+ $
- $ \text{sign}(x) = 1 $
- $ x + 1 \to 1 $
- $ 1/x \to +\infty \Rightarrow e^{1/x} \to +\infty $
所以:
$\lim_{x \to 0^+} f(x) = 1 \cdot \frac{+\infty}{1} = +\infty$
极限不存在(无穷)
(2)$ x \to 0^- $
- $ \text{sign}(x) = -1 $
- $ x + 1 \to 1 $(因为 $ x \to 0^- $,接近 0,所以 $ x + 1 \to 1 $)
- $ 1/x \to -\infty \Rightarrow e^{1/x} \to 0 $
所以:
$\lim_{x \to 0^-} f(x) = -1 \cdot \frac{0}{1} = 0$
这个极限存在,为 0。
总结 $ x = 0 $ 处:
- 左极限:0(存在)
- 右极限:$ +\infty $(不存在)
因为右极限不存在,所以整体极限不存在。
> 根据定义,只要左右极限至少有一个不存在,就是第二类间断点。
所以 $ x = 0 $ 是第二类间断点。
✅ $ x = 0 $ 是第二类间断点。
第四步:还有没有其他可能的间断点?
我们已经分析了所有使函数无定义的点:$ x = -1, 0, 1 $
其他点函数都是初等函数的组合,在定义域内连续。
所以只有这三个点是间断点。
其中:
- $ x = 1 $:可去间断点(第一类)
- $ x = -1 $:第二类
- $ x = 0 $:第二类
最终结论:
第二类间断点有 2 个:$ x = -1 $ 和 $ x = 0 $
答案:
$\boxed{\text{(B). 2}}$
解析
本题考察函数第二类间断点的判断,需先确定函数的定义域(找出无定义点,即可能的间断点),再根据间断点分类标准(第二类间断点为左右极限至少有一个不存在)分析各点的极限情况。
步骤1:确定函数的定义域
函数 $f(x)=\frac{(x^2 - x)e^{\frac{1}{x}}}{|x|(x^2 - 1)}$ 的分母为 $|x|(x^2 - 1)$,分母为零的点为 $x=-1,0,1$,这些点是函数的无定义点,可能为间断点。
步骤2:化简函数表达式
对函数化简:
$f(x)=\frac{x(x - 1)e^{\frac{1}{x}}}{|x|(x - 1)(x + 1)}=\frac{x}{|x|} \cdot \frac{e^{\frac{1}{x}}}{x + 1} \quad (x \neq -1,0,1)$
其中 $\frac{x}{|x|}=\text{sign}(x)$(符号函数,$x>0$ 时为1,$x<0$ 时为-1)。
步骤3:分析各可能间断点的极限
1. $x=1$
当 $x \to 1$ 时,$\text{sign}(x)=1$,$x+1 \to 2$,$e^{\frac{1}{x}} \to e$,故:
$\lim_{x \to 1}f(x)=\frac{e}{2} \quad (\text{极限存在,为可去间断点,第一类})$
2. $x=-1$
当 $x \to -1$ 时,$\text{sign}(x)=-1$,$e^{\frac{1}{x}} \to e^{-1}$(有限值),但 $x+1 \to 0$:
- $x \to -1^+$:$x+1 \to 0^+$,$\lim_{x \to -1^+}f(x)=-\infty$
- $x \to -1^-$:$x+1 \to 0^-$,$\lim_{x \to -1^-}f(x)=+\infty$
左右极限均为无穷(不存在),故 $x=-1$ 为第二类间断点。
3. $x=0$
- $x \to 0^+$:$\text{sign}(x)=1$,$e^{\frac{1}{x}} \to +\infty$,$\lim_{x \to 0^+}f(x)=+\infty$(不存在)
- $x \to 0^-$:$\text{sign}(x)=-1$,$e^{\frac{1}{x}} \to 0$,$\lim_{x \to 0^-}f(x)=0$(存在)
右极限不存在,故 $x=0$ 为第二类间断点。
步骤4:结论
第二类间断点为 $x=-1$ 和 $x=0$,共2个。