题目
讨论函数f(x)= { ,xneq 0 0, x=0 .在x=0处的连续性与可导性
讨论函数

在x=0处的连续性与可导性
题目解答
答案
首先,我们来判断函数在x=0处的连续性。根据定义,我们需要计算并判断其是否等于f(0)。由于当
,所以
由于sin x的值域为[-1,1],所以的值域也为[-1,1]。因此,对于任意
根据夹逼定理,我们有
所以
因此,函数在x=0处连续。 接下来,我们来判断函数在x=0处的可导性。根据定义,我们需要计算f'(0)并判断其是否存在。
由于x>0时,
所以
由于sin x和cos x都没有极限,所以不存在。
同理,当x<0时,
所以
所以连续但不可导
解析
步骤 1:判断函数在x=0处的连续性
根据函数的定义,我们需要计算$\lim _{x\rightarrow 0}f(x)$并判断其是否等于f(0)。由于当$x\neq 0$时,$f(x)=x\sin \dfrac {1}{x}$,所以
$\lim _{x\rightarrow 0}f(x)=\lim _{x\rightarrow 0}x\sin \dfrac {1}{x}$
由于$\sin \dfrac {1}{x}$的值域为[-1,1],因此对于任意$x\neq 0$都有$-|x|\leqslant x\sin \dfrac {1}{x}\leqslant |x|$。根据夹逼定理,我们有
$\lim _{x\rightarrow 0}-|x|=\lim _{x\rightarrow 0}|x|=0$
所以
$\lim _{x\rightarrow 0}f(x)=0=f(0)$
因此,函数在x=0处连续。
步骤 2:判断函数在x=0处的可导性
根据函数的定义,我们需要计算$f'(0)$并判断其是否存在。由于$x\neq 0$时,
$f'(x)=\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
所以
$f'(0)=\lim _{x\rightarrow {0}^{+}}\dfrac {f(x)-f(0)}{x-0}=\lim _{x\rightarrow {0}^{+}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
由于$\sin \dfrac {1}{x}$和$\cos \dfrac {1}{x}$都没有极限,所以$\lim _{x\rightarrow {0}^{+}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$不存在。同理,当$x<0$时,
$f'(x)=\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
所以
$f'(0)=\lim _{x\rightarrow {0}^{-}}\dfrac {f(x)-f(0)}{x-0}=\lim _{x\rightarrow {0}^{-}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
由于$\sin \dfrac {1}{x}$和$\cos \dfrac {1}{x}$都没有极限,所以$\lim _{x\rightarrow {0}^{-}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$不存在。因此,函数在x=0处不可导。
根据函数的定义,我们需要计算$\lim _{x\rightarrow 0}f(x)$并判断其是否等于f(0)。由于当$x\neq 0$时,$f(x)=x\sin \dfrac {1}{x}$,所以
$\lim _{x\rightarrow 0}f(x)=\lim _{x\rightarrow 0}x\sin \dfrac {1}{x}$
由于$\sin \dfrac {1}{x}$的值域为[-1,1],因此对于任意$x\neq 0$都有$-|x|\leqslant x\sin \dfrac {1}{x}\leqslant |x|$。根据夹逼定理,我们有
$\lim _{x\rightarrow 0}-|x|=\lim _{x\rightarrow 0}|x|=0$
所以
$\lim _{x\rightarrow 0}f(x)=0=f(0)$
因此,函数在x=0处连续。
步骤 2:判断函数在x=0处的可导性
根据函数的定义,我们需要计算$f'(0)$并判断其是否存在。由于$x\neq 0$时,
$f'(x)=\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
所以
$f'(0)=\lim _{x\rightarrow {0}^{+}}\dfrac {f(x)-f(0)}{x-0}=\lim _{x\rightarrow {0}^{+}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
由于$\sin \dfrac {1}{x}$和$\cos \dfrac {1}{x}$都没有极限,所以$\lim _{x\rightarrow {0}^{+}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$不存在。同理,当$x<0$时,
$f'(x)=\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
所以
$f'(0)=\lim _{x\rightarrow {0}^{-}}\dfrac {f(x)-f(0)}{x-0}=\lim _{x\rightarrow {0}^{-}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$
由于$\sin \dfrac {1}{x}$和$\cos \dfrac {1}{x}$都没有极限,所以$\lim _{x\rightarrow {0}^{-}}\sin \dfrac {1}{x}-\dfrac {1}{x}\cos \dfrac {1}{x}$不存在。因此,函数在x=0处不可导。