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可导函数分析

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这里通过分析函数 ( f(x) ) 在 ( x=0 ) 处的左导数和右导数,推导其可导性,具体过程如下:

1. 确定 ( f(0) ) 的值

由函数定义,当 ( x \leq 0 ) 时,( f(x) = x ),因此 [ f(0) = 0 ]

2. 计算左导数 ( f’_{-}(0) )

左导数是当 ( x ) 从左侧趋近于 0 时的导数,此时 ( f(x) = x ),根据导数定义: [ f’{-}(0) = \lim{x \to 0^{-}} \frac{f(x) - f(0)}{x - 0} = \lim_{x \to 0^{-}} \frac{x - 0}{x} = \lim_{x \to 0^{-}} 1 = 1 ]

3. 计算右导数 ( f’_{+}(0) )

右导数是当 ( x ) 从右侧趋近于 0 时的导数,此时 ( f(x) = \frac{1}{n} )(其中 ( \frac{1}{n+1} < x \leq \frac{1}{n} ),( n = 1, 2, \cdots ))。

根据导数定义: [ f’{+}(0) = \lim{x \to 0^{+}} \frac{f(x) - f(0)}{x - 0} = \lim_{x \to 0^{+}} \frac{f(x)}{x} ]

当 ( \frac{1}{n+1} < x \leq \frac{1}{n} ) 时,( f(x) = \frac{1}{n} ),因此: [ 1 \leq \frac{f(x)}{x} < \frac{n+1}{n} ]

由于 ( \lim_{n \to \infty} \frac{n+1}{n} = 1 ),根据夹逼定理,可得: [ f’{+}(0) = \lim{x \to 0^{+}} \frac{f(x)}{x} = 1 ]

4. 判断可导性

因为左导数 ( f’{-}(0) = 1 ) 且右导数 ( f’{+}(0) = 1 ),左右导数存在且相等,所以 ( f(x) ) 在 ( x = 0 ) 处可导。


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