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数学
题目

函数 y = f(x) 在点 x = x_0 处连续且取得极大值,则 f(x) 在 x_0 处必有( )。A. f'(x_0) = 0B. f''(x_0) < 0C. f(x_0) = 0 且 f''(x_0) < 0D. f'(x_0) = 0 或不存在

函数 $y = f(x)$ 在点 $x = x_0$ 处连续且取得极大值,则 $f(x)$ 在 $x_0$ 处必有( )。 A. $f'(x_0) = 0$ B. $f''(x_0) < 0$ C. $f(x_0) = 0$ 且 $f''(x_0) < 0$ D. $f'(x_0) = 0$ 或不存在

题目解答

答案

我们来逐项分析这个题目:

题目给出的条件是:

  • 函数 $ y = f(x) $ 在点 $ x = x_0 $ 处连续;
  • 且在 $ x_0 $ 处取得极大值。

问题是:在这些条件下,下列哪一个选项是必然成立的?

选项如下:

A. $ f'(x_0) = 0 $

B. $ f''(x_0) < 0 $

C. $ f'(x_0) = 0 $ 且 $ f''(x_0) < 0 $

D. $ f'(x_0) = 0 $ 或不存在

我们逐步分析:

第一步:理解“连续”和“极大值”的含义

函数在 $ x_0 $ 处连续,说明极限值等于函数值,即:
$\lim_{x \to x_0} f(x) = f(x_0)$
这是基本条件。

函数在 $ x_0 $ 处取得极大值,意味着:存在某个邻域,使得对所有 $ x $ 在该邻域内($ x \ne x_0 $),都有:
$f(x) \leq f(x_0)$

这是局部极大值的定义。

第二步:分析导数是否存在?

注意,题目只说了函数在 $ x_0 $ 处连续,没有说可导。

所以,我们不能默认 $ f'(x_0) $ 存在。

举个例子:考虑函数
$f(x) = -|x|$
这个函数在 $ x = 0 $ 处连续,且取得极大值(最大值为 0),但它的导数在 $ x = 0 $ 处不存在(左导数为 1,右导数为 -1,不相等)。

但是极大值确实存在。

这说明:即使导数不存在,函数仍可能在某点取得极大值。

所以,极大值点处导数不一定存在。

第三步:分析选项

A. $ f'(x_0) = 0 $

这个不一定成立,因为导数可能不存在。比如上面的 $ f(x) = -|x| $,在 $ x = 0 $ 处导数不存在,但有极大值。

所以 A 不一定成立,错误。

B. $ f''(x_0) < 0 $

这个要求更高:不仅一阶导数存在,二阶导数也必须存在。但题目只说了函数连续,连一阶导数是否存在都不确定,更别说二阶导了。

比如前面的例子 $ f(x) = -|x| $,在 $ x = 0 $ 处连一阶导都不存在,更不用说二阶导。

所以 B 不一定成立,错误。

C. $ f'(x_0) = 0 $ 且 $ f''(x_0) < 0 $

这个比 B 还强,要求一阶导为 0 且二阶导小于 0。这是充分条件,但不是必要条件。

极大值可以在导数不存在或二阶导不存在的情况下出现。

所以 C 错误。

D. $ f'(x_0) = 0 $ 或 不存在

这个说的是:在 $ x_0 $ 处,导数要么为零,要么不存在。

我们来验证这个是否必然成立。

已知:函数在 $ x_0 $ 处取得极大值,且连续。

那么,如果 $ f $ 在 $ x_0 $ 处可导,根据费马定理(极值的必要条件):如果函数在内点取得极值,且导数存在,则导数必为 0。

所以:

  • 若 $ f'(x_0) $ 存在 → 则 $ f'(x_0) = 0 $
  • 若 $ f'(x_0) $ 不存在 → 也满足“或不存在”

因此,无论哪种情况,极大值点处导数要么为 0,要么不存在。

所以 D 是必然成立的。

结论:

正确选项是:

$\boxed{\text{D}}$

最终答案:

$\boxed{\text{D. } f'(x_0) = 0 \text{ 或不存在}}$

解析

考查要点:本题主要考查函数在极值点的导数性质,特别是极大值点处导数存在的条件及必要条件。

解题核心思路:

  1. 极大值的定义:函数在$x_0$处连续且取得极大值,意味着在$x_0$的某个邻域内,$f(x) \leq f(x_0)$。
  2. 导数的存在性:题目未明确函数在$x_0$处可导,因此需考虑导数是否存在的情况。
  3. 费马定理的应用:若函数在极值点可导,则导数必为0;但若不可导,极值仍可能存在。

破题关键点:

  • 导数可能不存在:例如$f(x) = -|x|$在$x=0$处连续且取得极大值,但导数不存在。
  • 选项D的全面性:既包含导数为0的情况(可导时),也包含导数不存在的情况(不可导时)。

选项分析

选项A:$f'(x_0) = 0$

  • 错误。若函数在$x_0$处不可导,则$f'(x_0)$不存在,例如$f(x) = -|x|$在$x=0$处不可导,但存在极大值。

选项B:$f''(x_0) < 0$

  • 错误。二阶导数的存在性未被保证,且即使一阶导数不存在,函数仍可能取得极大值(如上述例子)。

选项C:$f'(x_0) = 0$且$f''(x_0) < 0$

  • 错误。这是极值的充分条件,而非必要条件。极大值可能在导数不存在时出现。

选项D:$f'(x_0) = 0$或不存在

  • 正确。根据费马定理,若$f(x)$在$x_0$处可导,则$f'(x_0) = 0$;若不可导,则导数不存在。两种情况均满足选项D。

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