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数学
题目

给定以下4个命题① 若lim f(x) = a,且lim varphi(x) = 0,则lim [f cdot varphi](x) = a。② 若f(x)在x=0处连续,且lim varphi(x) = 0,则lim [f cdot varphi](x) = 0。③ 若lim f(x) = a,且lim (varphi(x))/(x) = 1,则lim [f cdot varphi](x) = a。④ 若lim f(x) = a,且极限lim (varphi(x))/(x)存在,则lim [f cdot varphi](x) = a。其中真命题个数为( )(A) 0(B) 1(C) 2(D) 3

给定以下4个命题 ① 若$\lim f(x) = a$,且$\lim \varphi(x) = 0$,则$\lim [f \cdot \varphi](x) = a$。 ② 若$f(x)$在$x=0$处连续,且$\lim \varphi(x) = 0$,则$\lim [f \cdot \varphi](x) = 0$。 ③ 若$\lim f(x) = a$,且$\lim \frac{\varphi(x)}{x} = 1$,则$\lim [f \cdot \varphi](x) = a$。 ④ 若$\lim f(x) = a$,且极限$\lim \frac{\varphi(x)}{x}$存在,则$\lim [f \cdot \varphi](x) = a$。 其中真命题个数为( ) (A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3

题目解答

答案

我们来逐个分析这4个命题的真假,注意这些极限都是在 $ x \to 0 $ 的情形下讨论的(虽然题目没有明确写出,但从上下文看,极限应是在某一点,尤其是 $ x \to 0 $ 附近,因为出现了 $ \frac{\varphi(x)}{x} $,所以默认是 $ x \to 0 $)。

命题①:

> 若 $ \lim f(x) = a $,且 $ \lim \varphi(x) = 0 $,则 $ \lim [f \cdot \varphi](x) = a $。

我们来分析这个命题。

已知:

  • $ \lim f(x) = a $
  • $ \lim \varphi(x) = 0 $

那么根据极限的乘法法则:
$\lim [f(x)\cdot\varphi(x)] = \lim f(x) \cdot \lim \varphi(x) = a \cdot 0 = 0$
但命题说极限是 $ a $,这显然不对(除非 $ a = 0 $,但 $ a $ 是任意的)。

反例:令 $ f(x) = 2 $,$ \varphi(x) = x $,当 $ x \to 0 $ 时,

  • $ \lim f(x) = 2 $
  • $ \lim \varphi(x) = 0 $
  • $ \lim [f \cdot \varphi](x) = \lim 2x = 0 \ne 2 $

所以命题① 错误。

命题②:

> 若 $ f(x) $ 在 $ x=0 $ 处连续,且 $ \lim \varphi(x) = 0 $,则 $ \lim [f \cdot \varphi](x) = 0 $。

注意:这里 $ f(x) $ 在 $ x=0 $ 处连续,说明 $ \lim_{x \to 0} f(x) = f(0) $。

又 $ \lim_{x \to 0} \varphi(x) = 0 $。

我们要求 $ \lim_{x \to 0} f(x)\varphi(x) $。

由于 $ f(x) $ 在 $ x=0 $ 处连续,说明在 $ x \to 0 $ 时,$ f(x) \to f(0) $,即 $ f(x) $ 在0附近有界(局部有界性),且极限存在。

于是:
$\lim_{x \to 0} f(x)\varphi(x) = \left( \lim_{x \to 0} f(x) \right) \cdot \left( \lim_{x \to 0} \varphi(x) \right) = f(0) \cdot 0 = 0$
所以极限是0。

因此命题② 正确。

(注意:这里连续性保证了 $ f(x) $ 在0附近行为良好,极限存在,所以乘积极限可拆。)

命题③:

> 若 $ \lim f(x) = a $,且 $ \lim \frac{\varphi(x)}{x} = 1 $,则 $ \lim [f \cdot \varphi](x) = a $。

我们分析这个。

已知:

  • $ \lim f(x) = a $
  • $ \lim_{x \to 0} \frac{\varphi(x)}{x} = 1 $,说明 $ \varphi(x) \sim x $,即 $ \varphi(x) \to 0 $,且 $ \varphi(x) \approx x $

我们要求 $ \lim f(x)\varphi(x) $

因为 $ f(x) \to a $,$ \varphi(x) \to 0 $,所以 $ f(x)\varphi(x) \to a \cdot 0 = 0 $,而不是 $ a $。

命题说极限是 $ a $,这显然不对。

反例:令 $ f(x) = 1 $,$ \varphi(x) = x $,则

  • $ \lim f(x) = 1 = a $
  • $ \lim \frac{\varphi(x)}{x} = \lim \frac{x}{x} = 1 $
  • $ \lim [f \cdot \varphi](x) = \lim x = 0 \ne 1 = a $

所以命题③ 错误。

命题④:

> 若 $ \lim f(x) = a $,且极限 $ \lim \frac{\varphi(x)}{x} $ 存在,则 $ \lim [f \cdot \varphi](x) = a $。

我们来分析。

设 $ \lim_{x \to 0} \frac{\varphi(x)}{x} = L $,存在。

那么 $ \varphi(x) = x \cdot \frac{\varphi(x)}{x} \Rightarrow \varphi(x) \to 0 \cdot L = 0 $

所以 $ \varphi(x) \to 0 $

又 $ f(x) \to a $,所以
$\lim f(x)\varphi(x) = \lim f(x) \cdot \lim \varphi(x) = a \cdot 0 = 0$
但命题说极限是 $ a $,除非 $ a = 0 $,否则不成立。

反例:令 $ f(x) = 2 $,$ \varphi(x) = x $,则

  • $ \lim f(x) = 2 $
  • $ \lim \frac{\varphi(x)}{x} = 1 $,存在
  • $ \lim [f \cdot \varphi](x) = \lim 2x = 0 \ne 2 $

所以命题④ 错误。

总结:

  • ① 错误
  • ② 正确
  • ③ 错误
  • ④ 错误

真命题只有1个。

答案: $ \boxed{\text{(B) }1} $

解析

本题考查极限的运算性质及连续函数的局部有界性。关键点在于:

  1. 极限乘积法则的应用条件:当两个函数的极限存在时,乘积的极限等于极限的乘积;
  2. 连续函数的局部有界性:连续函数在某点附近有界,保证极限运算的合法性;
  3. 无穷小量与有界量的乘积:无穷小量乘以有界量仍为无穷小量。

命题①

条件:$\lim f(x) = a$,$\lim \varphi(x) = 0$
结论:$\lim [f \cdot \varphi](x) = a$
分析:
根据极限乘积法则,$\lim [f(x)\varphi(x)] = \lim f(x) \cdot \lim \varphi(x) = a \cdot 0 = 0 \neq a$。
反例:取$f(x)=2$,$\varphi(x)=x$,则$\lim f(x)\varphi(x)=0 \neq 2$。
结论:命题①错误。

命题②

条件:$f(x)$在$x=0$处连续,$\lim \varphi(x) = 0$
结论:$\lim [f \cdot \varphi](x) = 0$
分析:
$f(x)$连续 $\Rightarrow \lim_{x \to 0} f(x) = f(0)$,且$f(x)$在$0$附近有界。
由极限乘积法则:
$\lim_{x \to 0} f(x)\varphi(x) = \left( \lim_{x \to 0} f(x) \right) \cdot \left( \lim_{x \to 0} \varphi(x) \right) = f(0) \cdot 0 = 0.$
结论:命题②正确。

命题③

条件:$\lim f(x) = a$,$\lim \frac{\varphi(x)}{x} = 1$
结论:$\lim [f \cdot \varphi](x) = a$
分析:
$\lim \frac{\varphi(x)}{x} = 1 \Rightarrow \varphi(x) \sim x$,即$\varphi(x) \to 0$。
因此,$\lim f(x)\varphi(x) = a \cdot 0 = 0 \neq a$。
反例:取$f(x)=1$,$\varphi(x)=x$,则$\lim f(x)\varphi(x)=0 \neq 1$。
结论:命题③错误。

命题④

条件:$\lim f(x) = a$,$\lim \frac{\varphi(x)}{x}$存在
结论:$\lim [f \cdot \varphi](x) = a$
分析:
设$\lim \frac{\varphi(x)}{x} = L$,则$\varphi(x) = x \cdot \frac{\varphi(x)}{x} \to 0 \cdot L = 0$。
因此,$\lim f(x)\varphi(x) = a \cdot 0 = 0 \neq a$。
反例:取$f(x)=2$,$\varphi(x)=x$,则$\lim f(x)\varphi(x)=0 \neq 2$。
结论:命题④错误。

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