可微性条件(可微的必要条件、充分条件)

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第6题讨论/判定题
6.讨论下列函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在原点 $\displaystyle (0,0)$ 处的连续性、偏导数的存在性以及可微性.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x y^{2}}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{2} y}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(3)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{3}}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
第7题证明题
7.证明下列结论.
(1)设二元函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle D$ 上有定义,对 $\displaystyle y$ 连续,对 $\displaystyle x$ 关于 $\displaystyle y$ 一致连续,证明 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle D$ 内连续.
(2)若二元函数 $\displaystyle z=f(x, y)$ 在 $\displaystyle D$ 上的两个偏导数 $\displaystyle f_{x}^{\prime}(x, y), f_{y}^{\prime}(x, y)$ 有界,则 $\displaystyle z=f(x, y)$ 在 $\displaystyle D$内连续.
(3)设二元函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle D=\left\{(x, y) \mid x^{2}+y^{2}<1\right\}$ 上有定义,对自变量 $\displaystyle x$ 连续,对 $\displaystyle y$ 有有界偏导数,且 $\displaystyle \left|f_{y}(x, y)\right| \leqslant 1$ ,证明 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle D$ 内连续.
(4)设 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle G=\left\{(x, y): x^{2}+y^{2}<1\right\}$ 上有定义,若 $\displaystyle f(x, 0)$ 在 $\displaystyle x=0$ 处连续,且 $\displaystyle f_{y}(x, y)$ 在 $\displaystyle G$上有界,证明 $\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 连续.
(5)设 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle D \subset \mathbf{R}^{2}$ 上有定义,对自变量 $\displaystyle x$ 连续,对 $\displaystyle y$ 满足 lipschitz 条件,证明 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle D$ 内连续.
第7题讨论/判定题
7.讨论下列函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在原点 $\displaystyle (0,0)$ 处的连续性、偏导数的存在性以及可微性.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{3}-y^{3}}{x^{2}+y^{2}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}(\right.$ 山东科技 2010/2011,上海理工 2005,温州大学 2012)
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{2} y-y^{3}}{x^{2}+y^{2}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}\right.$
第8题未分类
8.设二元函数 $\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{\alpha} y}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \alpha>0, \text { 试问 } \alpha \text { 为何值时函数 } f(x, y) \text { 在点 }(0,0) \\ 0, x^{2}+y^{2}=0,\end{array}\right.$处可微?
第10题讨论/判定题
10.讨论下列函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在原点 $\displaystyle (0,0)$ 处的可微性.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{2}-y^{2}}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{3}-y^{2}}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
第12题证明题
12.证明下列 $\displaystyle f(x, y)$ 在原点 $\displaystyle (0,0)$ 处连续,但不可微.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{2} y^{2}}{\sqrt{\left(x^{2}+y^{2}\right)^{3}}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}\right.$
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}x-y+\frac{x^{2} y^{2}}{\sqrt{\left(x^{2}+y^{2}\right)^{3}}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}\right.$
第13题讨论/判定题
13.讨论下列函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle \mathbf{R}^{2}$ 的连续性及可微性.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{\tan (x y)}{\left(x^{2}+y^{2}\right)^{\mu}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0),\end{array} \quad \mu>\frac{1}{2}\right.$ .
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{2} y}{\sqrt{x^{4}+y^{2}}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}\right.$
第15题未分类
15.构造符合条件的函数。
(1)构造一个二元函数,使它在原点处可微但偏导数不连续,并加以说明.
(2)构造一个二元函数 $\displaystyle f(x, y)$ ,使得它在原点 $\displaystyle (0,0)$ 的两个偏导数都存在,但在原点不可微.
(3)试作出定义在 $\displaystyle \mathbf{R}^{2}$ 中的一个函数 $\displaystyle f(x, y)$ ,使得它在原点处任何方向的导数都存在,但在原点不可微.
(4)试作出定义在 $\displaystyle \mathbf{R}^{2}$ 中的一个函数 $\displaystyle f(x, y)$ ,使得它在原点处同时满足以下三个条件: (1)$\displaystyle f(x, y)$ 的两个偏导数都存在;(2)任何方向的极限都存在;(3)在原点不连续.
(5)讨论偏导数存在能否推出可微?若能,请给出证明,若不能,请举出反例并加以说明.
第17题讨论/判定题
17.讨论下列函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在原点 $\displaystyle (0,0)$ 处的连续性、偏导数的存在性以及可微性.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}x y \ln \left(x^{2}+y^{2}\right), x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x^{2} y}{x^{2}+y^{2}} \sin \sqrt{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(3)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{\sin \left(x^{2}+y^{2}\right)}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 1, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(4)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\sqrt{|x y|} \frac{\sin \left(x^{2}+y^{2}\right)}{x^{2}+y^{2}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}\right.$
第18题证明题
18.证明下列 $\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处连续,但不可微.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{(x+y) \sin (x y)}{x^{2}+y^{2}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0) .\end{array}\right.$
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{y^{3}}{x^{2}+y^{2}} \sin \frac{y}{x}, x \neq 0, \\ 0, x=0 .\end{array}(\right.$ 华东师大 2009)
(3)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}y \sin \frac{1}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
第20题讨论/判定题
20.讨论下列函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在原点 $\displaystyle (0,0)$ 处的连续性、偏导数的存在性以及可微性.
(1)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}x y \sin \frac{1}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
(2)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}(x y)^{p} \sin \frac{1}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}(\right.$ 湖南师大 2009)
(3)$\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}x y \cos \frac{1}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0 .\end{array}\right.$
第23题讨论/判定题
23.讨论下列问题.
(1)设函数 $\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\left(x^{2}+y^{2}\right)^{p} \sin \frac{1}{x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0,\end{array}\right.$ 试分别确定 $\displaystyle p$ 的值,使以下结论成立:
(1)$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 连续;(2)$\displaystyle f_{x}(0,0), f_{y}(0,0)$ 存在;(3)$\displaystyle f_{x}(x, y), f_{y}(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 连续.
(2)设函数 $\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\frac{x y}{\left(x^{2}+y^{2}\right)^{p}}, x^{2}+y^{2} \neq 0, \\ 0, x^{2}+y^{2}=0,\end{array}\right.$ 试分别确定 $\displaystyle p$ 的值,使以下结论成立: (1)$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 连续;(2)$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 可微;(3)$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 的方向导数存在.(折江大学 2014,沈阳工大 2014( $\displaystyle p=2^{-1}$ ),长安大学 2007,江苏大学 2004)
(3)确定 $\displaystyle \beta$ 的值,使函数 $\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\left(x^{2}+y^{2}\right)^{\beta} \sin \frac{1}{x^{4}+y^{4}}, x^{2}+y^{2} \neq 0 \\ 0, x^{2}+y^{2}=0\end{array}\right.$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 可微.
第25题未分类
25.设 $\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{l}\tan \frac{|x|^{\lambda}+|y|^{\delta}}{x^{2}+y^{2}},(x, y) \neq(0,0), \\ 0,(x, y)=(0,0),\end{array}\right.$ 其中 $\displaystyle \lambda, \delta>0$ ,问对哪些 $\displaystyle \lambda, \delta, f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$可微?

分析:欲使 $\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 可微,必须偏导数 $\displaystyle f_{x}(0,0) f_{y}(0,0)$ 存在.
第27题证明题
27.设 $\displaystyle f(x, y)=\varphi(|x y|)$ ,其中 $\displaystyle \varphi(0)=0$ ,且 $\displaystyle \varphi(u)$ 在 $\displaystyle u=0$ 的某个邻域中满足 $\displaystyle |\varphi(u)| \leqslant|u|^{a}$ 。证明:
(1)当 $\displaystyle \alpha>\frac{1}{2}$ 时,$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处可微;(2)当 $\displaystyle \alpha=\frac{1}{2}$ 时,$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处不可微.
第28题证明题
28.研究或证明下列问题.
(1)设 $\displaystyle f(x, y)=|x-y| \varphi(x, y)$ ,其中 $\displaystyle \varphi(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 的某邻域内连续,证明:$\displaystyle \varphi(0,0)=0$ 是函

数 $\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处可微的充要条件,并求出函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处的全微分。
(2)设 $\displaystyle f(x, y)=\sqrt{x^{2}+y^{2}} \varphi(x, y)$ ,其中 $\displaystyle \varphi(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 的某邻域内连续,证明:函数 $\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处可微的充要条件是 $\displaystyle \varphi(0,0)=0$ 。
第30题证明题
30.证明下列结论.
(1)设 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle \mathbf{R}^{2}-\{(0,0)\}$ 可微,在点 $\displaystyle (0,0)$ 处连续,且 $\displaystyle \lim _{\substack{x \rightarrow 0 \\ y \rightarrow 0}} \frac{\partial f}{\partial x}=\lim _{\substack{x \rightarrow 0 \\ y \rightarrow 0}} \frac{\partial f}{\partial y}=0$ .求证:$\displaystyle f(x, y)$ 在点 $\displaystyle (0,0)$ 处可微.
(2)设 $\displaystyle f(P)$ 在 $\displaystyle \mathbf{R}^{n}-\{(O)\}$ 可微,在点 $\displaystyle (O)$ 处连续,且 $\displaystyle \lim _{P \rightarrow o} \frac{\partial f}{\partial x_{i}}=0$ .求证:$\displaystyle f(P)$ 在点 $\displaystyle (O)$ 处可微.
(3)证明:若 $\displaystyle f_{y}(x, y)$ 在 $\displaystyle \left(x_{0}, y_{0}\right)$ 处存在,且 $\displaystyle f_{x}(x, y)$ 在 $\displaystyle \left(x_{0}, y_{0}\right)$ 处连续,则 $\displaystyle f(x, y)$ 在 $\displaystyle \left(x_{0}, y_{0}\right)$ 处可微.
(4)设 $\displaystyle f_{x}, f_{y}, f_{y x}$ 在 $\displaystyle \left(x_{0}, y_{0}\right)$ 的某邻域内存在,且 $\displaystyle f_{y x}$ 在 $\displaystyle \left(x_{0}, y_{0}\right)$ 处连续。证明:$\displaystyle f_{x y}$ 在 $\displaystyle \left(x_{0}, y_{0}\right)$ 处存在,且 $\displaystyle f_{x y}\left(x_{0}, y_{0}\right)=f_{y x}\left(x_{0}, y_{0}\right)$ 。,江苏大学 2009)
第34题未分类
34.判断题.
(1)若 $\displaystyle f(x, y)$ 在区域 $\displaystyle D$ 内对 $\displaystyle x$ 和 $\displaystyle y$ 都是连续的,则 $\displaystyle f(x, y)$ 对 $\displaystyle (x, y) \in D$ 为二元连续.
第37题证明题
37.证明下列结论.
(1)设 $\displaystyle f(x)$ 是实轴上的可微函数,对所有 $\displaystyle \forall x, y \in \mathbf{R}$ ,满足 $\displaystyle f(x+y)=\frac{f(x)+f(y)}{1+f(x) f(y)}$ ,并且 $\displaystyle f^{\prime}(0)=1$ ,求 $\displaystyle f(x)$ 的表达式。
(2)设函数 $\displaystyle f(x)$ 在 $\displaystyle (0,+\infty)$ 上有定义,已知 $\displaystyle f^{\prime}(1)$ 存在,且 $\displaystyle \forall x, y \in(0,+\infty)$ ,成立 $\displaystyle f(x y)=y f(x)+x f(y)$ 。证明:$\displaystyle f(x)$ 在 $\displaystyle (0,+\infty)$ 内处处可导,且 $\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{f(x)}{x}+f^{\prime}(1)$ 。
(3)设函数 $\displaystyle f(x)$ 满足 $\displaystyle f(x+y)=f(x)+f(y)+2 x y, \forall x, y \in \mathbf{R}$ ,并且 $\displaystyle f(x)$ 在 $\displaystyle x=0$ 处可导,(1)试求函数 $\displaystyle f(x)$ 的表达式;(2)求 $\displaystyle f^{\prime}(x)$ 。
(4)设函数 $\displaystyle f(x)$ 连续,$\displaystyle f^{\prime}(0)$ 存在,并且满足:$\displaystyle f(x+y)=\frac{f(x)+f(y)}{1-4 f(x) f(y)}, \forall x, y \in \mathbf{R}$ .(1)证明:$\displaystyle f(x)$ 在 $\displaystyle \mathbf{R}$ 上可微;(2)若 $\displaystyle f^{\prime}(0)=\frac{1}{2}$ ,求 $\displaystyle f(x)$ 。
(5)设 $\displaystyle f(x)$ 为定义在 $\displaystyle (-\infty,+\infty)$ 上的已知可导函数,而且对任意实数 $\displaystyle a, b$ 均满足 $\displaystyle f(a+b)=\mathrm{e}^{a} f(b)+\mathrm{e}^{b} f(a)$ .又已知 $\displaystyle f^{\prime}(0)=\mathrm{e}$ ,求 $\displaystyle f^{\prime}(x)$ 的表达式(不必求出 $\displaystyle f(x)$ 的表达式).