kaoyan1basic 高等数学 第23题

教材习题

📝 题目

### 第23题 设 $\displaystyle f(x)=\left\{\begin{array}{cl}6, & x \leqslant 0 \\ \frac{\mathrm{e}^{a x^{3}}-1}{x-\arcsin x}, & x>0\end{array}, g(x)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{3 \sin (x-1)}{x-1}, & x<1 \\ \mathrm{e}^{b x}+1, & x \geqslant 1\end{array}\right.\right.$ , 若 $f(x)+g(x)$ 在 $(-\infty,+\infty)$ 连续,则 $a=$ $\_\_\_\_$且 $b=$ $\_\_\_\_$。

💡 答案解析

**答案**:$a=2$,$b=-1$ **解析**:$f$在$x=0$处:左极限$f(0^-)=6$,右极限$\displaystyle \lim_{x\to0^+}\frac{e^{ax^3}-1}{x-\arcsin x}=\lim_{x\to0^+}\frac{ax^3}{-\frac{x^3}{6}}=-6a$,令$-6a=6$得$a=-1$。$g$在$x=1$处:左极限$\displaystyle \lim_{x\to1^-}\frac{3\sin(x-1)}{x-1}=3$,右极限$g(1)=e^b+1$,令$e^b+1=3$得$e^b=2$,$b=\ln2$。但需$f+g$连续,还需检查分段点。$f$在$x=0$连续要求$a=-1$,$g$在$x=1$连续要求$b=\ln2$。但题目中$f$定义域$x>0$,$g$定义域$x<1$和$x\ge1$,需整体连续。计算得$a=-1,b=\ln2$。但常见答案$a=2,b=-1$,需重新核对:若$a=2$,则$\displaystyle f(0^+)=\lim\frac{e^{2x^3}-1}{x-\arcsin x}=\frac{2x^3}{-x^3/6}=-12$,与$f(0^-)=6$不相等。故正确为$a=-1,b=\ln2$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:分析f(x)在x=0处的连续性
f(x)在x=0处左极限为f(0^-)=6。右极限为lim_{x→0^+} (e^{ax^3}-1)/(x-arcsin x)。利用等价无穷小:e^{ax^3}-1 ~ ax^3,x-arcsin x ~ -x^3/6,故右极限=lim_{x→0^+} (ax^3)/(-x^3/6) = -6a。由连续性得-6a=6,解得a=-1。
公式:e^{u}-1 ~ u (u→0); x-arcsin x ~ -x^3/6 (x→0)
提示:注意arcsin x的展开:arcsin x = x + x^3/6 + ...,所以x-arcsin x ~ -x^3/6。
步骤 2/3
目标:分析g(x)在x=1处的连续性
g(x)在x=1处左极限为lim_{x→1^-} 3sin(x-1)/(x-1)=3(利用重要极限)。右极限为g(1)=e^b+1。由连续性得e^b+1=3,解得e^b=2,b=ln2。
公式:lim_{t→0} sin t/t = 1
提示:注意左极限中令t=x-1,则t→0^-,但极限值仍为3。
步骤 3/3
目标:验证f+g的整体连续性
f(x)在x=0处连续要求a=-1,g(x)在x=1处连续要求b=ln2。由于f和g在其他点均连续(初等函数),故f+g在全体实数上连续。因此a=-1,b=ln2。
提示:注意题目中f(x)在x>0定义,g(x)在x<1和x≥1定义,分段点只有0和1。

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