萬有的函數關係速成2. 連續和導數

1.討論間斷點類型
定义:

若函数在某点不满足连续的条件,则该点为间断点。

第一类间断点是左右极限都存在的间断点,其中左右极限相等的是可去间断点,不相等的是跳跃间断点;

第二类间断点是左右极限至少有一个不存在的间断点,包括无穷间断点(极限为无穷)和振荡间断点(极限不存在且不趋于无穷 )。

例题1:

分析f(x)=\frac{x^2 - 1}{x - 1}的间断点类型。

该函数在x = 1处无定义,

\lim_{x \to 1}\frac{x^2 - 1}{x - 1}=\lim_{x \to 1}(x + 1)=2

左右极限存在且相等,所以x = 1是可去间断点。

例题2:

讨论f(x)=\begin{cases}x + 1,x< 0\\x - 1,x \geq 0\end{cases}在x = 0处的间断点类型。

\lim_{x \to 0^{-}}f(x)=\lim_{x \to 0^{-}}(x + 1)=1

\lim_{x \to 0^{+}}f(x)=\lim_{x \to 0^{+}}(x - 1)= - 1

左右极限都存在但不相等,x = 0是跳跃间断点。

例题3:

判断f(x)=\frac{1}{x}x = 0处的间断点类型。

x \to 0时,

\lim_{x \to 0^{+}}\frac{1}{x}=+\infty

\lim_{x \to 0^{-}}\frac{1}{x}=-\infty

左右极限至少有一个不存在,x = 0是无穷间断点,属于第二类间断点。

2.函數的可去間斷點的個數
定义:

函数在某点间断,且该点左右极限存在且相等,但函数在该点无定义或函数值不等于极限值,这样的点就是可去间断点,确定其个数需找出函数定义域内满足此条件的点的数量。

例题1:

f(x)=\frac{\sin x}{x}可去间断点的个数。

函数在x = 0处无定义,

\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}=1,左右极限存在且相等,所以x = 0是可去间断点,个数为1个。

例题2:

确定f(x)=\frac{x^2 - 4}{x - 2}可去间断点的个数。

函数在x = 2处无定义,

\lim_{x \to 2}\frac{x^2 - 4}{x - 2}=\lim_{x \to 2}(x + 2)=4,左右极限存在且相等,x = 2是可去间断点,个数为1个。

例题3:

计算f(x)=\frac{x^3 - 1}{x^2 - 1}可去间断点的个数。

函数在x = 1x = - 1处无定义。

\lim_{x \to 1}\frac{x^3 - 1}{x^2 - 1}=\lim_{x \to 1}\frac{(x - 1)(x^2 + x + 1)}{(x - 1)(x + 1)}=\frac{3}{2}x = 1是可去间断点;

\lim_{x \to - 1}\frac{x^3 - 1}{x^2 - 1}=\infty,x = - 1不是可去间断点,

所以可去间断点个数为1个。

3.利用導數定義求極限
定义:

函数y = f(x)在点x_0处的导数定义为f^\prime(x_0)=\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x},若所求极限能变形为该形式,可借助已知函数导数求解。

例题1:

已知f^\prime(2)=3,求\lim_{h \to 0}\frac{f(2 + h)-f(2)}{h}

根据导数定义,\lim_{h \to 0}\frac{f(2 + h)-f(2)}{h}=f^\prime(2)=3

例题2:

\lim_{x \to 0}\frac{e^{x + 1}-e}{x}

f(x)=e^xf^\prime(x)=e^x,则\lim_{x \to 0}\frac{e^{x + 1}-e}{x}=e\lim_{x \to 0}\frac{e^{x}-1}{x}=e\cdot f^\prime(0)=e

例题3:

已知f^\prime(a)存在,求\lim_{x \to a}\frac{xf(a)-af(x)}{x - a}

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