函数、极限与连续 / 分段函数连续与可导 / 分别计算左右极限、函数值与左右导数
已知函数 $f(x)=\begin{cases}2-x,&0\le x<1\\2,&x=1\\4-x,&1<x\le2\end{cases}$,则 $f(x)$ 在 $[0,2]$ 上( )
正确答案
D
题目解析
【解析】分析分段函数在 $[0,2]$ 上的取值与极值存在性:
- 当 $0\le x<1$ 时,$f(x)=2-x$,单调递减,值域为 $(1,2]$;
- 在 $x=1$ 处,$f(1)=2$;
- 当 $1<x\le2$ 时,$f(x)=4-x$,单调递减,值域为 $[2,3)$;注意:当 $x\to1^+$ 时,$f(x)\to3$,但 $f(1)=2$,且 $x=1$ 处无左极限等于右极限(左极限为 1,右极限为 3),故 $x=1$ 为跳跃间断点;
- 函数在 $[0,1)$ 上上界为 2,但 $f(x)<2$(除端点 $x=0$ 时 $f(0)=2$);在 $(1,2]$ 上 $f(x)<3$,且可无限接近 3 但无法取到(因 $x=1$ 不在该段定义域内,且 $f(1)=2\ne3$),故无最大值;
- 最小值方面:$f(x)$ 在 $[0,1)$ 上趋近于 1 但 $x=1$ 不包含,且 $f(1)=2$,$(1,2]$ 上 $f(x)\ge2$,故下确界为 1,但无 $x$ 使 $f(x)=1$,故无最小值。综上,$f(x)$ 在 $[0,2]$ 上既无最大值也无最小值,选 D。
- 当 $0\le x<1$ 时,$f(x)=2-x$,单调递减,值域为 $(1,2]$;
- 在 $x=1$ 处,$f(1)=2$;
- 当 $1<x\le2$ 时,$f(x)=4-x$,单调递减,值域为 $[2,3)$;注意:当 $x\to1^+$ 时,$f(x)\to3$,但 $f(1)=2$,且 $x=1$ 处无左极限等于右极限(左极限为 1,右极限为 3),故 $x=1$ 为跳跃间断点;
- 函数在 $[0,1)$ 上上界为 2,但 $f(x)<2$(除端点 $x=0$ 时 $f(0)=2$);在 $(1,2]$ 上 $f(x)<3$,且可无限接近 3 但无法取到(因 $x=1$ 不在该段定义域内,且 $f(1)=2\ne3$),故无最大值;
- 最小值方面:$f(x)$ 在 $[0,1)$ 上趋近于 1 但 $x=1$ 不包含,且 $f(1)=2$,$(1,2]$ 上 $f(x)\ge2$,故下确界为 1,但无 $x$ 使 $f(x)=1$,故无最小值。综上,$f(x)$ 在 $[0,2]$ 上既无最大值也无最小值,选 D。