题目
9.f(x)=}xe^-(1)/(x),&xneq0,0,&x=0,判断f(x)在x=0处的可导性。
9.$f(x)=\begin{cases}xe^{-\frac{1}{x}},&x\neq0,\\0,&x=0,\end{cases}$判断f(x)在x=0处的可导性。
题目解答
答案
函数 $ f(x) $ 在 $ x = 0 $ 处的导数由极限
$$
f'(0) = \lim_{h \to 0} \frac{f(h) - f(0)}{h}
$$
确定。由于 $ f(0) = 0 $,该极限简化为
$$
f'(0) = \lim_{h \to 0} \frac{h e^{-\frac{1}{h}}}{h} = \lim_{h \to 0} e^{-\frac{1}{h}}.
$$
当 $ h \to 0^+ $ 时,$ e^{-\frac{1}{h}} \to 0 $;当 $ h \to 0^- $ 时,$ e^{-\frac{1}{h}} \to +\infty $。
由于左右极限不相等(且右极限为有限值,左极限为无穷大),极限不存在。
因此,函数 $ f(x) $ 在 $ x = 0 $ 处不可导。
答案:$\boxed{\text{不可导}}$
解析
本题考查分段函数在分段点处的可导性判断。解题的关键思路是根据函数在某点可导的定义,通过计算该点处的导数极限来判断可导性。若极限存在,则函数在该点可导;若极限不存在,则函数在该点不可导。对于本题,需要分别计算函数在$x = 0$处的左导数和右导数,若左右导数相等,则函数在该点可导。
根据函数在某点$x_0$处导数的定义:$f^\prime(x_0)=\lim\limits_{h \to 0} \frac{f(x_0 + h) - f(x_0)}{h}$,对于本题$x_0 = 0$,则$f^\prime(0)=\lim\limits_{h \to 0} \frac{f(h) - f(0)}{h}$。
已知$f(x)=\begin{cases}xe^{-\frac{1}{x}},&x\neq0\\0,&x=0\end{cases}$,所以$f(0)=0$,则$f^\prime(0)=\lim\limits_{h \to 0} \frac{h e^{-\frac{1}{h}}}{h}$。
对$\frac{h e^{-\frac{1}{h}}}{h}$进行化简,约去$h$($h\neq0$)可得$e^{-\frac{1}{h}}$,即$f^\prime(0)=\lim\limits_{h \to 0} e^{-\frac{1}{h}}$。
接下来分别计算左导数和右导数:
- 计算右导数$f_{+}^\prime(0)$:
当$h \to 0^+$时,$\frac{1}{h} \to +\infty$,那么$-\frac{1}{h} \to -\infty$。
根据指数函数的性质,当$a>1$时,$\lim\limits_{x \to -\infty} a^x = 0$,对于$y = e^x$($e>1$),所以$\lim\limits_{h \to 0^+} e^{-\frac{1}{h}} = 0$,即$f_{+}^\prime(0)=0$。 - 计算左导数$f_{-}^\prime(0)$:
当$h \to 0^-$时,$\frac{1}{h} \to -\infty$,那么$-\frac{1}{h} \to +\infty$。
根据指数函数的性质,当$a>1$时,$\lim\limits_{x \to +\infty} a^x = +\infty$,对于$y = e^x$($e>1$),所以$\lim\limits_{h \to 0^-} e^{-\frac{1}{h}} = +\infty$,即$f_{-}^\prime(0)=+\infty$。
由于左导数$f_{-}^\prime(0)=+\infty$,右导数$f_{+}^\prime(0)=0$,左右导数不相等,所以$\lim\limits_{h \to 0} e^{-\frac{1}{h}}$不存在,即函数$f(x)$在$x = 0$处不可导。