kaoyan2advanced 高等数学 第140题

教材习题

📝 题目

### 第140题

140设 $f(x, y)$ 在 $(0,0)$ 点连续,且 $\displaystyle \lim _{\substack{x \rightarrow 0 \\ y \rightarrow 0}} \frac{f(x, y)+3 x-4 y}{\left(x^{2}+y^{2}\right)^{\alpha}}=2(\alpha>0)$ ,则 $f(x, y)$ 在 $(0$ , 0)点可微的充要条件是 (A)$\alpha<1$. (B)$\displaystyle \alpha<\frac{1}{2}$ . (C)$\displaystyle \alpha \geqslant \frac{1}{2}$ . (D)$\displaystyle \alpha>\frac{1}{2}$ .

💡 答案解析

**答案**:B **解析**:由极限式得$f(x,y)=2(x^2+y^2)^\alpha -3x+4y+o((x^2+y^2)^\alpha)$,可微要求$\alpha>1/2$时线性主部为$-3x+4y$,但充要条件是$\alpha<1$?实际由定义,可微需$\alpha>1/2$,但选项中$\displaystyle \alpha<\frac{1}{2}$时不可微,故充要条件为$\displaystyle \alpha>\frac{1}{2}$,对应B选项$\displaystyle \alpha<\frac{1}{2}$?注意题目问可微的充要条件,由极限式知$f(0,0)=0$,且$f(x,y)+3x-4y\sim 2(x^2+y^2)^\alpha$,当$\alpha>1/2$时,$f(x,y)=-3x+4y+o(\sqrt{x^2+y^2})$,可微;当$\alpha\le 1/2$时不可微。故充要条件为$\alpha>1/2$,即B选项$\displaystyle \alpha<\frac{1}{2}$不成立,应选D?检查:选项B为$\displaystyle \alpha<\frac{1}{2}$,D为$\displaystyle \alpha>\frac{1}{2}$,故正确答案为D。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:步骤1:利用极限表达式推导f(x,y)的局部形式
由极限条件 $\displaystyle \lim_{\substack{x \to 0 \\ y \to 0}} \frac{f(x,y)+3x-4y}{(x^2+y^2)^\alpha}=2$,可得当 $(x,y) \to (0,0)$ 时,$f(x,y)+3x-4y = 2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)$,即 $f(x,y) = -3x+4y + 2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)$。
公式:$$f(x,y) = -3x+4y + 2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)$$
提示:注意极限表达式等价于小量展开
步骤 2/6
目标:步骤2:确定f(0,0)的值
由于 $f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 点连续,代入 $(x,y)=(0,0)$ 得 $f(0,0) = \lim_{(x,y)\to(0,0)} f(x,y) = 0$。
提示:注意极限为0是已知条件
步骤 3/6
目标:步骤3:写出可微的定义式
$f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 点可微的充要条件是存在常数 $A,B$ 使得 $f(x,y)-f(0,0) = A x + B y + o(\sqrt{x^2+y^2})$。由步骤1,$f(x,y) = -3x+4y + 2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)$,因此线性主部应为 $A=-3, B=4$,余项为 $R(x,y)=2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)$。
公式:$$f(x,y)-f(0,0) = A x + B y + o(\sqrt{x^2+y^2})$$
提示:注意余项阶数需与线性主部匹配
步骤 4/6
目标:步骤4:分析余项的条件
可微要求余项 $R(x,y) = o(\sqrt{x^2+y^2})$,即 $\displaystyle \lim_{(x,y)\to(0,0)} \frac{2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)}{\sqrt{x^2+y^2}} = 0$。由于 $(x^2+y^2)^\alpha / \sqrt{x^2+y^2} = (x^2+y^2)^{\alpha-1/2}$,当 $\alpha-1/2 > 0$ 即 $\alpha > 1/2$ 时,极限为0;当 $\alpha \le 1/2$ 时,极限不为0(或不存在),故不可微。
公式:$$\lim_{(x,y)\to(0,0)} \frac{2(x^2+y^2)^\alpha + o((x^2+y^2)^\alpha)}{\sqrt{x^2+y^2}} = 0$$
提示:注意α与1/2的比较,边界α=1/2不可微
步骤 5/6
目标:步骤5:得出充要条件
因此,$f(x,y)$ 在 $(0,0)$ 点可微的充要条件是 $\alpha > \frac{1}{2}$。
提示:注意α>1/2是充要条件
步骤 6/6
目标:步骤6:选择对应选项
选项D为 $\displaystyle \alpha > \frac{1}{2}$,故正确答案为D。
提示:注意α>1/2的条件推导

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。