kaoyan3basic 高等数学 第141题

教材习题

📝 题目

### 第141题 141 以下函数 $f(g(x))$ 以 $x=0$ 为第二类间断点的是 (A)$f(u)=\ln \left(1+u^{2}\right), g(x)=\left\{\begin{array}{ll}\sin ^{2} x+(x+1)^{2}, & x \leqslant 0 \\ x^{2}+1, & x>0\end{array}\right.$ . (B)$f(u)=\left\{\begin{array}{ll}1-u, & u \leqslant 0 \\ u^{2}+1, & u>0\end{array}, g(x)=2 \cos x-1\right.$ . (C)$\displaystyle f(u)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{\ln \left(1-u^{2}\right)}{u} \sin \frac{1}{u}, & u<0 \\ 1-\cos \sqrt{u}, & u \geqslant 0\end{array}, g(x)=\left\{\begin{array}{ll}x, & x<0 \\ x+\frac{\pi^{2}}{4}, & x \geqslant 0\end{array}\right.\right.$ . (D)$\displaystyle f(u)=\mathrm{e}^{u^{2}}+1, g(x)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{1}{x}, & x<0 \\ 0, & x=0 \\ \sin \frac{1}{x}, & x>0\end{array}\right.$ . 设 $\displaystyle f(x)=\frac{1}{\arctan \frac{x-1}{x}}$ ,则

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:步骤1:分析选项(A):$g(x)$在$x=0$处连续,$g(0)=1$,$f(u)$在$u=1$处连续,故$f(g(x))$在$x=0$处连续。 步骤2:分析选项(B):$g(x)=2\cos x-1$连续,$g(0)=1$,$f(u)$在$u=1$处间断(左极限$0$,右极限$2$),故$f(g(x))$在$x=0$处为第一类间断点。 步骤3:分析选项(C):$g(x)$在$x=0$处连续,$g(0)=0$,$f(u)$在$u=0$处连续($\lim_{u\to0^-}f(u)=0$,$f(0)=0$),故$f(g(x))$连续。 步骤4:分析选项(D):$g(x)$在$x=0$处无定义($x<0$时$g(x)=1/x$,$x\to0^-$时$g(x)\to -\infty$;$x=0$时$g(0)=0$;$x>0$时$g(x)=\sin(1/x)$振荡),故$f(g(x))$在$x=0$处为第二类间断点。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:分析选项(A)的连续性
计算g(x)在x=0处的极限:左极限g(0-)=sin^2(0)+(0+1)^2=1,右极限g(0+)=0^2+1=1,且g(0)=1,故g(x)在x=0处连续。f(u)=ln(1+u^2)在u=1处连续,因此复合函数f(g(x))在x=0处连续,不是间断点。
公式:g(0)=1, f(u)连续
提示:检查内层函数连续性及外层函数在对应点连续性
步骤 2/4
目标:分析选项(B)的间断点类型
g(x)=2cos x-1连续,g(0)=2cos0-1=1。f(u)在u=1处:左极限f(1-)=1-1=0,右极限f(1+)=1^2+1=2,左右极限存在但不相等,故f(u)在u=1处为第一类间断点。因此复合函数f(g(x))在x=0处为第一类间断点。
公式:f(1-)=0, f(1+)=2
提示:外层函数间断点对应内层函数值
步骤 3/4
目标:分析选项(C)的连续性
g(x)在x=0处:左极限g(0-)=0,右极限g(0+)=0+π^2/4=π^2/4,但g(0)=0+π^2/4=π^2/4,左右极限不相等,故g(x)在x=0处不连续?注意:g(0)定义为x≥0时取x+π^2/4,所以g(0)=π^2/4,而左极限为0,因此g(x)在x=0处为第一类间断点。但需进一步分析f(g(x)):当x→0-时,g(x)→0-,f(u)在u→0-时极限为lim_{u→0-} [ln(1-u^2)/u] sin(1/u)=0(有界量乘无穷小),f(0)=1-cos0=0,故f(u)在u=0处连续。但g(x)在x=0处有跳跃,故复合函数在x=0处为第一类间断点?注意题目要求第二类间断点,故排除。
公式:g(0-)=0, g(0+)=π^2/4
提示:注意g(x)本身间断,但复合后可能为第一类
步骤 4/4
目标:分析选项(D)的间断点类型
g(x)在x=0处:左极限x→0-时g(x)=1/x→-∞,右极限x→0+时g(x)=sin(1/x)振荡无极限,且g(0)=0。因此g(x)在x=0处为第二类间断点(无穷振荡)。f(u)=e^{u^2}+1连续,故复合函数f(g(x))在x=0处为第二类间断点。
公式:lim_{x→0-} g(x)=-∞, lim_{x→0+} g(x)不存在且振荡
提示:内层函数第二类间断导致复合函数第二类

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