题目
2.函数f(x)=(|x|sin(x-2))/(x(x-1)(x-2)^2)在下列哪个区间内有界 (A.)(-∞,0). (B.)(0,1). (C.)(1,2). (D.)(2,+∞).
2.函数$f(x)=\frac{|x|\sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^{2}}$在下列哪个区间内有界 (
A.)(-∞,0). (
B.)(0,1). (
C.)(1,2). (
D.)(2,+∞).
A.)(-∞,0). (
B.)(0,1). (
C.)(1,2). (
D.)(2,+∞).
题目解答
答案
为了确定函数 $ f(x) = \frac{|x| \sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2} $ 在哪个区间内有界,我们需要分析函数在每个给定区间内的行为,特别是关注函数在区间端点附近的性质。
### 区间 (A) $(- \infty, 0)$
在区间 $(- \infty, 0)$ 内, $ x < 0 $,所以 $ |x| = -x $。函数变为:
\[ f(x) = \frac{-x \sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2} = \frac{-\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2} \]
当 $ x \to -\infty $ 时, $ \sin(x-2) $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $-\infty$,所以 $ f(x) $ 趋向于 $ 0 $。因此, $ f(x) $ 在 $ x \to -\infty $ 时有界。
当 $ x \to 0^- $ 时, $ \sin(x-2) $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ -4 $,所以 $ f(x) $ 趋向于 $ 0 $。因此, $ f(x) $ 在 $ x \to 0^- $ 时有界。
由于 $ f(x) $ 在 $(- \infty, 0)$ 内的两个端点处都有界,所以 $ f(x) $ 在 $(- \infty, 0)$ 内有界。
### 区间 (B) $(0, 1)$
在区间 $(0, 1)$ 内, $ x > 0 $,所以 $ |x| = x $。函数变为:
\[ f(x) = \frac{x \sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2} = \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2} \]
当 $ x \to 0^+ $ 时, $ \sin(x-2) $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ -4 $,所以 $ f(x) $ 趋向于 $ 0 $。因此, $ f(x) $ 在 $ x \to 0^+ $ 时有界。
当 $ x \to 1 $ 时, $ \sin(x-2) $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ 0 $,所以 $ f(x) $ 趋向于 $ \infty $。因此, $ f(x) $ 在 $ x \to 1 $ 时无界。
由于 $ f(x) $ 在 $ x \to 1 $ 时无界,所以 $ f(x) $ 在 $(0, 1)$ 内无界。
### 区间 (C) $(1, 2)$
在区间 $(1, 2)$ 内, $ x > 0 $,所以 $ |x| = x $。函数变为:
\[ f(x) = \frac{x \sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2} = \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2} \]
当 $ x \to 1^+ $ 时, $ \sin(x-2) $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ 0 $,所以 $ f(x) $ 趋向于 $ \infty $。因此, $ f(x) $ 在 $ x \to 1^+ $ 时无界。
当 $ x \to 2^- $ 时, $ \sin(x-2) $ 趋向于 $ 0 $,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ 0 $。使用洛必达法则:
\[ \lim_{x \to 2^-} \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2} = \lim_{x \to 2^-} \frac{\cos(x-2)}{(x-1) \cdot 2(x-2) + (x-2)^2} = \lim_{x \to 2^-} \frac{\cos(x-2)}{(x-1) \cdot 2(x-2) + (x-2)^2} = \lim_{x \to 2^-} \frac{\cos(x-2)}{(x-2) \left( 2(x-1) + (x-2) \right)} \]
\[ = \lim_{x \to 2^-} \frac{\cos(x-2)}{(x-2) \left( 3x - 4 \right)} \]
\[ = \lim_{x \to 2^-} \frac{-\sin(x-2)}{3x - 4 + 3(x-2)} \]
\[ = \lim_{x \to 2^-} \frac{-\sin(x-2)}{6x - 10} \]
\[ = \frac{0}{2} = 0 \]
因此, $ f(x) $ 在 $ x \to 2^- $ 时有界。
由于 $ f(x) $ 在 $ x \to 1^+ $ 时无界,所以 $ f(x) $ 在 $(1, 2)$ 内无界。
### 区间 (D) $(2, +\infty)$
在区间 $(2, +\infty)$ 内, $ x > 0 $,所以 $ |x| = x $。函数变为:
\[ f(x) = \frac{x \sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2} = \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2} \]
当 $ x \to 2^+ $ 时, $ \sin(x-2) $ 趋向于 $ 0 $,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ 0 $。使用洛必达法则:
\[ \lim_{x \to 2^+} \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2} = \lim_{x \to 2^+} \frac{\cos(x-2)}{(x-1) \cdot 2(x-2) + (x-2)^2} = \lim_{x \to 2^+} \frac{\cos(x-2)}{(x-2) \left( 2(x-1) + (x-2) \right)} \]
\[ = \lim_{x \to 2^+} \frac{\cos(x-2)}{(x-2) \left( 3x - 4 \right)} \]
\[ = \lim_{x \to 2^+} \frac{-\sin(x-2)}{3x - 4 + 3(x-2)} \]
\[ = \lim_{x \to 2^+} \frac{-\sin(x-2)}{6x - 10} \]
\[ = \frac{0}{2} = 0 \]
因此, $ f(x) $ 在 $ x \to 2^+ $ 时有界。
当 $ x \to +\infty $ 时, $ \sin(x-2) $ 在 $[-1, 1]$ 内振荡,而分母 $ (x-1)(x-2)^2 $ 趋向于 $ +\infty $,所以 $ f(x) $ 趋向于 $ 0 $。因此, $ f(x) $ 在 $ x \to +\infty $ 时有界。
由于 $ f(x) $ 在 $(2, +\infty)$ 内的两个端点处都有界,所以 $ f(x) $ 在 $(2, +\infty)$ 内有界。
综上所述,函数 $ f(x) = \frac{|x| \sin(x-2)}{x(x-1)(x-2)^2} $ 在区间 $(- \infty, 0)$ 内有界。
答案是 $\boxed{A}$。
解析
考查要点:函数有界性的判断,重点分析分母为零的点及无穷远处函数值的变化趋势。
解题思路:
- 分区间讨论:根据选项区间,分别分析函数在每个区间内的行为。
- 关键点分析:
- 分母为零的点:判断函数在这些点附近是否趋向无穷大。
- 无穷远处的趋势:分析当$x \to \pm\infty$时函数是否趋向零。
- 核心结论:若函数在区间内所有点(包括端点)均不趋向无穷大,则该区间内有界。
选项A:$(-\infty, 0)$
- 化简函数:$f(x) = \frac{-\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2}$。
- 当$x \to -\infty$时:分母趋向$-\infty$,分子有界,整体趋向$0$,有界。
- 当$x \to 0^-$时:分母趋向$-4$,分子有界,整体趋向$0$,有界。
- 结论:区间内有界。
选项B:$(0, 1)$
- 化简函数:$f(x) = \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2}$。
- 当$x \to 1$时:分母趋向$0$,分子趋向$\sin(-1)$,整体趋向$\pm\infty$,无界。
- 结论:区间内无界。
选项C:$(1, 2)$
- 化简函数:$f(x) = \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2}$。
- 当$x \to 1^+$时:分母趋向$0$,分子趋向$\sin(-1)$,整体趋向$\pm\infty$,无界。
- 结论:区间内无界。
选项D:$(2, +\infty)$
- 化简函数:$f(x) = \frac{\sin(x-2)}{(x-1)(x-2)^2}$。
- 当$x \to 2^+$时:分子$\sin(x-2) \approx x-2$,分母$\approx (1)(x-2)^2$,整体$\approx \frac{1}{x-2}$,趋向$+\infty$,无界。
- 结论:区间内无界。