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数学
题目

设underset(lim)(x→a)(f(x)-f(a))/((x-a)^2)=-1,则在点a处( )A. f(x)的导数存在,且f′(a)≠0B. f(x)取得极大值C. f(x)取得极小值D. f(x)的导数不存在

设$\underset{lim}{x→a}$$\frac{f(x)-f(a)}{(x-a)^{2}}$=-1,则在点a处( )

A. f(x)的导数存在,且f′(a)≠0

B. f(x)取得极大值

C. f(x)取得极小值

D. f(x)的导数不存在

题目解答

答案

B. f(x)取得极大值

解析

考查要点:本题主要考查导数的定义、极限与极值的关系,以及利用高阶导数判断极值的方法。

解题核心思路:

  1. 关键点1:题目给出的极限形式为$\lim_{x \to a} \frac{f(x)-f(a)}{(x-a)^2} = -1$,分母为$(x-a)^2$,说明当$x \to a$时,分子$f(x)-f(a)$必须与$(x-a)^2$同阶无穷小,否则极限可能不存在或为无穷大。
  2. 关键点2:若$f(x)$在$x=a$处可导,则根据导数定义,$\lim_{x \to a} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'(a)$。但题目中的分母是$(x-a)^2$,因此需要通过泰勒展开或等价无穷小分析分子的展开式,从而推导出$f'(a)$和$f''(a)$的值。
  3. 关键点3:结合二阶导数的符号,利用极值的第二充分条件判断极值类型。

步骤1:分析分子的展开式
假设$f(x)$在$x=a$处二阶可导,则泰勒展开式为:
$f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 + o((x-a)^2).$
代入分子$f(x)-f(a)$得:
$f(x)-f(a) = f'(a)(x-a) + \frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 + o((x-a)^2).$

步骤2:代入极限表达式
将分子代入原极限式:
$\lim_{x \to a} \frac{f'(a)(x-a) + \frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 + o((x-a)^2)}{(x-a)^2}.$
拆分为两项:
$\lim_{x \to a} \left[ \frac{f'(a)}{x-a} + \frac{1}{2}f''(a) + \frac{o((x-a)^2)}{(x-a)^2} \right].$

步骤3:分析极限存在的条件

  • 若$f'(a) \neq 0$,则$\frac{f'(a)}{x-a}$在$x \to a$时趋向于$\pm\infty$,导致整体极限不存在,与题目矛盾。因此必须有$f'(a) = 0$。
  • 此时极限简化为:
    $\lim_{x \to a} \left[ \frac{1}{2}f''(a) + \frac{o((x-a)^2)}{(x-a)^2} \right] = \frac{1}{2}f''(a).$
    根据题意,该极限等于$-1$,故:
    $\frac{1}{2}f''(a) = -1 \quad \Rightarrow \quad f''(a) = -2.$

步骤4:判断极值类型
根据极值的第二充分条件:

  • $f'(a) = 0$且$f''(a) < 0$,说明$x=a$是$f(x)$的极大值点。

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