设f(x)={}2e^-x,&xleq06a+x,&x>0.,在点x=0处极限存在,则常数a=
题目解答
答案
计算左极限: 当 $ x \to 0^- $ 时,$ f(x) = 2e^{-x} $, $\lim_{x \to 0^-} f(x) = 2e^0 = 2.$ 计算右极限: 当 $ x \to 0^+ $ 时,$ f(x) = 6a + x $, $\lim_{x \to 0^+} f(x) = 6a.$ 极限存在条件: $\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^+} f(x) \implies 2 = 6a \implies a = \frac{1}{3}.$ 答案: $\boxed{\frac{1}{3}}$
解析
本题考查分段函数在某点处极限存在的条件。解题思路是分别计算函数在该点处的左极限和右极限,然后根据函数在某点处极限存在的充要条件,即左极限等于右极限,来确定常数 $a$ 的值。
步骤一:计算左极限
当 $x \to 0^-$ 时,意味着 $x$ 从小于 $0$ 的方向趋近于 $0$,此时函数 $f(x)$ 应使用 $f(x)=2e^{-x}$ 这一段进行计算。
根据极限的运算法则,$\lim_{x \to 0^-} f(x)=\lim_{x \to 0^-} 2e^{-x}$。
因为指数函数 $y = e^x$ 是连续函数,所以可以将极限符号与函数符号交换顺序,即 $\lim_{x \to 0^-} 2e^{-x}=2\lim_{x \to 0^-} e^{-x}$。
当 $x \to 0^-$ 时,$-x \to 0^+$,而 $e^0 = 1$,所以 $2\lim_{x \to 0^-} e^{-x}=2e^0 = 2$,即 $\lim_{x \to 0^-} f(x)=2$。
步骤二:计算右极限
当 $x \to 0^+$ 时,意味着 $x$ 从大于 $0$ 的方向趋近于 $0$,此时函数 $f(x)$ 应使用 $f(x)=6a + x$ 这一段进行计算。
根据极限的运算法则,$\lim_{x \to 0^+} f(x)=\lim_{x \to 0^+} (6a + x)$。
因为常数的极限就是其本身,所以 $\lim_{x \to 0^+} 6a = 6a$,而 $\lim_{x \to 0^+} x = 0$,根据极限的加法法则 $\lim_{x \to 0^+} (6a + x)=\lim_{x \to 0^+} 6a + \lim_{x \to 0^+} x = 6a + 0 = 6a$,即 $\lim_{x \to 0^+} f(x)=6a$。
步骤三:根据极限存在的条件确定 $a$ 的值
函数 $f(x)$ 在点 $x = 0$ 处极限存在的充要条件是左极限等于右极限,即 $\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^+} f(x)$。
由前面计算可知 $\lim_{x \to 0^-} f(x)=2$,$\lim_{x \to 0^+} f(x)=6a$,所以 $2 = 6a$。
求解上述方程,两边同时除以 $6$,可得 $a = \frac{2}{6}=\frac{1}{3}$。