多区域N体问题解析函数的近似计算

合集下载

高等数学知识点3篇

高等数学知识点第一篇：微积分基础知识微积分是数学的一门重要分支，它包含了很多基本概念和重要定理。

在此，我们将介绍微积分的一些基础知识。

1. 限制与极限在微积分中，我们常常需要研究一个函数在某个点附近的行为。

为了描述这种行为，我们引入了“极限”的概念。

如果一个函数在某个点处的取值可以无限地接近某个值，那么我们称该点处的极限等于那个值。

例如，当$x$接近于$0$时，$\frac{1}{x}$的值可以无限地接近正无穷或负无穷，因此我们说$\lim_{x\to 0} \frac{1}{x}$不存在。

2. 导数与微分导数是描述函数在某个点处的变化率的概念，它可以用来探讨函数的很多性质。

具体地，如果$f(x)$在$x$处有导数，那么它可以用$f'(x)$来表示。

导数还可以被解释为函数在$x$处的切线的斜率。

微分是导数的一个紧密相关的概念，它描述了函数在某个点处的微小变化。

具体地，如果$f(x)$在$x$处有导数$f'(x)$，那么函数在该点处的微分为$df =f'(x)dx$。

3. 积分积分是求解函数的面积或体积的一种方法。

它由定积分和不定积分两部分组成。

定积分求解的是函数在一个区间内的面积。

不定积分则是求出一个函数的原函数，即求解$f(x)$的导函数为$F(x)$的过程。

4. 泰勒公式泰勒公式是一种将函数表示为无限次可导的多项式的方法。

它可以在一定程度上简化对函数的分析。

具体地，泰勒公式将$f(x)$在$x=a$处展开成一个无限次可导的多项式，它的前若干项可以近似地代表函数在该点附近的行为。

总之，微积分是数学中的一门非常关键的学科，涉及到许多重要的概念和定理。

掌握微积分的基础知识将为进一步学习和应用它打下坚实的基础。

第二篇：多元微积分在微积分的基础上，我们还可以推广到多元函数的微积分，即多元微积分。

下面介绍一些相关的知识点。

1. 二元函数的导数二元函数$f(x,y)$的导数可以用偏导数或者方向导数来描述。

通量的定义

2) 加权（径迹长度）方法
设粒子从第 n 次散射到第 n＋1 次散射之间走过的径迹长度为 s ，则 n 次散射的通量贡献为：
Wn Wn * n ( A0 ) | n Ωn | | cos n | 0 s s1 其它
加权方法只有在粒子穿过曲面A0时，才对该曲面有通量贡献。
3) 点通量代替方法
设 f A0 (r ) 为在A0上定义的任一概率密度函数，则面通量可表示为：
( A0 ) (r )dA
A0
(r )
f A0 (r )
A0
f A0 (r )dA
面通量的估计为：
( A0 )
*
(r * )
f A0 (r * )
其中，r*为从 f A0 (r ) 中抽取的一个样本值。
4) 体通量代替方法
沿曲面A0的法线方向均匀地增加一个厚度Δs，由此构成的体积为 VA0 。 VA0的体通量为：
(VA ) (r )dV
0
VA0
A0的面通量为：
1 (VA0 ) s 0 s 因此，如取得足够小，有如下近似： 1 * ( A0 ) (VA0 ) s
s1 0
Wn ( s s1 )d exp t (rm l Ωm , Em )dl
s2 0
s2

Байду номын сангаас
s
0
s

Wn ( s2 s1 ) exp t (rm l Ωm , Em )dl
s2 n 2 1 0 t m m m
s2
s
n
s1
0

泰勒方程式

泰勒方程式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：泰勒方程式是数学分析中的一个非常重要的概念，它是由英国数学家泰勒（Brook Taylor）发现和发展的。

泰勒方程式是一个用来近似表示一个函数的方法，特别是在微积分中，可以用来将一个函数在某一点的附近用一个多项式来替代，这个多项式就称为泰勒级数。

泰勒方程式的基本思想是，通过将一个函数在某一点进行多次求导，可以得到一个多项式，这个多项式可以近似代替原函数。

具体地说，对于一个函数f(x)，可以在点a处进行泰勒展开，得到泰勒级数：f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + f''(a)(x-a)^2/2! + f'''(a)(x-a)^3/3! + ...f'(a)表示f(x)在点a处的一阶导数，f''(a)表示二阶导数，f'''(a)表示三阶导数，以此类推。

这个级数可以无限展开下去，表示了函数在点a 附近的性质。

当x趋向于a时，这个级数可以收敛到原函数，从而实现了对函数的近似表示。

泰勒级数在微积分和近似计算中有着广泛的应用。

通过泰勒级数，可以用简单的多项式函数来逼近复杂的函数，在计算中可以大大简化问题。

在数值计算中，可以用泰勒级数来求解微分方程，近似计算函数值等。

除了泰勒级数外，泰勒方程式还有一些扩展的形式，如麦克劳林级数。

麦克劳林级数是泰勒级数在点a为0时的特殊情况，即在原点附近展开一个函数。

这样可以简化计算，使得函数在原点附近的性质更容易分析。

泰勒方程式的应用不仅局限于数学领域，还可以在物理学、工程学等领域中找到广泛的应用。

在物理学中，可以用泰勒级数来近似描述天体运动的轨迹；在工程学中，可以用泰勒级数来分析材料的性能等。

泰勒方程式是一个非常重要的数学工具，它可以用来近似表示函数，在微积分和数值计算中有着广泛的应用。

通过泰勒级数，我们可以更好地理解函数的性质，并且简化计算，提高计算效率。

元分析理论基础大全超详细

线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。
非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。
有限元求解非线性问题可分为以下三类： 1）材料非线性问题
材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。
的平均值作为此两个单元合成的较大四边形单元形心处的应力。如 2 单元的情况下，取平均应力可以采用算术平均，即平均应力=（单元 1 的应力+单元 2 的应力）/2。也可以采用精确一些的面积加权平均，
即平均应力=[单元 1 应力× 单元 1 的面积+单元 2 应力× 单元 2 面积]（/ 单元 1 面积+单元 2 面积）
有限元分析概念
有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件
有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。
为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插
值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数

多模态解决数学题

多模态解决数学题
多模态学习是指通过多种感官输入（如视觉、听觉、触觉等）来促进学习和理解。

在数学学习中，多模态解决数学题的方法可以包括以下几点：
1. 视觉化：将数学概念和问题转化为图像或图表，可以帮助学生更直观地理解和记忆数学知识。

例如，在解决几何问题时，可以使用图形或模型来帮助学生理解和分析问题。

2. 可视化：将抽象的数学概念和关系转化为可视化的形式，可以帮助学生更好地理解和记忆数学知识。

例如，在学习函数时，可以使用函数图像或图表来帮助学生理解函数的变化规律。

3. 互动化：通过模拟实验或游戏等互动方式来帮助学生理解和应用数学知识。

例如，在学习物理和化学等学科时，可以通过实验或模拟实验来帮助学生理解和应用数学知识。

4. 可听化：将数学概念和问题转化为声音或音频形式，可以帮助学生更好地理解和记忆数学知识。

例如，在学习代数或微积分时，可以使用音频讲解或视频教程来帮助学生理解和应用数学知识。

总之，多模态学习可以帮助学生更好地理解和应用数学知识，提高数学学习的效果和效率。

2025届河南省漯河实验高中高三第二次联考数学试卷含解析2

2025届河南省漯河实验高中高三第二次联考数学试卷考生请注意：1．答题前请将考场、试室号、座位号、考生号、姓名写在试卷密封线内，不得在试卷上作任何标记。

2．第一部分选择题每小题选出答案后，需将答案写在试卷指定的括号内，第二部分非选择题答案写在试卷题目指定的位置上。

3．考生必须保证答题卡的整洁。

考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。

一、选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1．达芬奇的经典之作《蒙娜丽莎》举世闻名.如图，画中女子神秘的微笑，，数百年来让无数观赏者人迷.某业余爱好者对《蒙娜丽莎》的缩小影像作品进行了粗略测绘，将画中女子的嘴唇近似看作一个圆弧，在嘴角,A C 处作圆弧的切线，两条切线交于B 点，测得如下数据：6,6,10.392AB cm BC cm AC cm ===（其中30.8662≈）.根据测量得到的结果推算：将《蒙娜丽莎》中女子的嘴唇视作的圆弧对应的圆心角大约等于（）A ．3π B ．4π C ．2π D ．23π 2．已知直线30x y m -+=过双曲线C ：22221(0,0)x y a b a b-=>>的左焦点F ，且与双曲线C 在第二象限交于点A ，若||||FA FO =（O 为坐标原点），则双曲线C 的离心率为A ．2B ．31+C ．5D ．51-3．等腰直角三角形ABE 的斜边AB 为正四面体ABCD 侧棱，直角边AE 绕斜边AB 旋转，则在旋转的过程中，有下列说法：（1）四面体E -BCD 的体积有最大值和最小值；（2）存在某个位置，使得AE BD ⊥；（3）设二面角D AB E --的平面角为θ，则DAE θ≥∠；（4）AE 的中点M 与AB 的中点N 连线交平面BCD 于点P ，则点P 的轨迹为椭圆. 其中，正确说法的个数是（） A ．1 B ．2C ．3D ．44．设()f x x =，点()00O ，，()01A ，，()()n A n f n ，，*n N ∈，设n n AOA θ∠=对一切*n N ∈都有不等式22223122222sin sin sin sin 123n nθθθθ+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅+ 222t t <--成立，则正整数t 的最小值为（） A ．3 B ．4C ．5D ．65．已知函数有三个不同的零点（其中），则的值为( )A ．B ．C ．D ．6．已知定义在R 上的函数()2xf x x =⋅，3(log 5)a f =，31(log )2b f =-，(ln 3)c f =，则a ，b ，c 的大小关系为（） A ．c b a >>B ．b c a >>C ．a b c >>D ．c a b >>7．已知定义在R 上函数()f x 的图象关于原点对称，且()()120f x f x ++-=，若()11f =，则()1(2)(3)(2020)f f f f ++++=（）A ．0B ．1C ．673D ．6748．下图中的图案是我国古代建筑中的一种装饰图案，形若铜钱，寓意富贵吉祥．在圆内随机取一点，则该点取自阴影区域内（阴影部分由四条四分之一圆弧围成）的概率是（）A ．12B ．13C ．41π-D ．42π-9．已知函数在上的值域为，则实数的取值范围为（） A ．B ．C ．D ．10．第24届冬奥会将于2022年2月4日至2月20日在北京市和张家口市举行，为了解奥运会会旗中五环所占面积与单独五个环面积之和的比值P ，某学生做如图所示的模拟实验：通过计算机模拟在长为10，宽为6的长方形奥运会旗内随机取N 个点，经统计落入五环内部及其边界上的点数为n 个，已知圆环半径为1，则比值P 的近似值为( )A ．8Nnπ B ．12nNπ C ．8nNπ D ．12Nnπ11．已知角α的终边经过点()3,4-,则1sin cos αα+= A ．15-B ．3715C ．3720D ．131512．若a ＞b ＞0，0＜c ＜1，则 A ．log a c ＜log b cB ．log c a ＜log c bC ．a c ＜b cD ．c a ＞c b二、填空题：本题共4小题，每小题5分，共20分。

多元函数微分法及其应用

第九章多元函数微分法及其应用§8 1 多元函数的基本概念一、平面点集n 维空间1．平面点集二元的序实数组x y 的全体即R 2RR {x y |x y R }就表示坐标平面坐标平面上具有某种性质P 的点的集合称为平面点集记作E {x y | x y 具有性质P } 例如平面上以原点为中心、r 为半径的圆内所有点的集合是C {x y | x 2y 2r 2} 如果我们以点P 表示x y 以|OP |表示点P 到原点O 的距离那么集合C 可表成C {P | |OP |r }邻域设P 0x 0 y 0是xOy 平面上的一个点是某一正数与点P 0x 0 y 0距离小于的点P x y 的全体称为点P 0的邻域记为U P 0 即}|| |{),(00δδ<=PP P P U 或} )()( |) ,{(),(20200δδ<-+-=y y x x y x P U 邻域的几何意义 U P 0 表示xOy 平面上以点P 0x 0 y 0为中心、 >0为半径的圆的内部的点P x y 的全体点P 0的去心邻域记作) ,(0δP U即}||0 |{) ,(00δδ<<=P P P P U注如果不需要强调邻域的半径则用U P 0表示点P 0的某个邻域点P 0的去心邻域记作)(0P U点与点集之间的关系任意一点P R 2与任意一个点集E R 2之间必有以下三种关系中的一种1内点如果存在点P 的某一邻域UP 使得UPE 则称P 为E 的内点2外点如果存在点P 的某个邻域UP 使得UPE 则称P 为E 的外点3边界点如果点P 的任一邻域内既有属于E 的点也有不属于E 的点则称P 点为E 的边点E 的边界点的全体称为E 的边界记作EE 的内点必属于E E 的外点必定不属于E 而E 的边界点可能属于E 也可能不属于E 聚点如果对于任意给定的0 点P 的去心邻域),( P U内总有E 中的点则称P 是E 的聚点由聚点的定义可知点集E 的聚点P 本身可以属于E 也可能不属于E例如设平面点集E {x y |1x 2y 22}满足1x 2y 22的一切点x y 都是E 的内点满足x 2y 21的一切点x y 都是E 的边界点它们都不属于E 满足x 2y 22的一切点x y 也是E 的边界点它们都属于E 点集E 以及它的界边E 上的一切点都是E 的聚点开集如果点集E 的点都是内点则称E 为开集闭集如果点集的余集E c为开集则称E 为闭集开集的例子 E {x y |1<x 2y 2<2}闭集的例子 E {x y |1x 2y 22}集合{x y |1x 2y 22}既非开集也非闭集连通性如果点集E 内任何两点都可用折线连结起来且该折线上的点都属于E 则称E 为连通集区域或开区域连通的开集称为区域或开区域例如E {x y |1x 2y 22}闭区域开区域连同它的边界一起所构成的点集称为闭区域例如E {x y |1x 2y 22}有界集对于平面点集E 如果存在某一正数r 使得 EUO r其中O 是坐标原点则称E 为有界点集无界集一个集合如果不是有界集就称这集合为无界集例如集合{x y |1x 2y 22}是有界闭区域集合{x y | xy 1}是无界开区域集合{x y | xy 1}是无界闭区域 2 n 维空间设n 为取定的一个自然数我们用R n表示n 元有序数组x 1 x 2 x n 的全体所构成的集合即R nRRR {x 1 x 2 x n | x i R i 1 2 n } R n中的元素x 1 x 2 x n 有时也用单个字母x 来表示即x x 1 x 2 x n 当所有的x i i 1 2 n 都为零时称这样的元素为R n 中的零元记为0或O 在解析几何中通过直角坐标 R 2或R 3中的元素分别与平面或空间中的点或向量建立一一对应因而R n中的元素x x 1 x 2 x n 也称为R n 中的一个点或一个n 维向量 x i称为点x 的第i 个坐标或n 维向量x 的第i 个分量特别地 Rn中的零元0称为R n中的坐标原点或n 维零向量为了在集合R n 中的元素之间建立联系在R n中定义线性运算如下设x x 1 x 2 x n y y 1 y 2 y n 为R n 中任意两个元素 R 规定xy x 1 y 1 x 2 y 2 x n y n x x 1 x 2 x n这样定义了线性运算的集合R n称为n 维空间R n中点x x 1 x 2 x n 和点 y y 1 y 2 y n 间的距离记作x y 规定2222211)( )()(),(n n y x y x y x -+⋅⋅⋅+-+-=y x ρ显然 n 1 2 3时上术规定与数轴上、直角坐标系下平面及空间中两点间的距离一至R n中元素x x 1 x 2 x n 与零元0之间的距离x 0记作||x ||在R 1、R 2、R 3中通常将||x ||记作|x | 即22221 ||||n x x x ⋅⋅⋅++=x采用这一记号结合向量的线性运算便得),()( )()(||||2222211y x y x ρ=-+⋅⋅⋅+-+-=-n n y x y x y x 在n 维空间R n 中定义了距离以后就可以定义R n中变元的极限设x x 1 x 2 x n a a 1 a 2 a n R n如果||xa ||0则称变元x 在R n中趋于固定元a 记作xa 显然xa x 1a 1 x 2a 2 x n a n在R n中线性运算和距离的引入使得前面讨论过的有关平面点集的一系列概念可以方便地引入到nn 3维空间中来例如设a a 1 a 2 a n R n是某一正数则n 维空间内的点集U a {x | x R nx a }就定义为R n中点a 的邻域以邻域为基础可以定义点集的内点、外点、边界点和聚点以及开集、闭集、区域等一系列概念二多元函数概念例１圆柱体的体积V 和它的底半径r 、高h 之间具有关系V r 2h这里当r 、h 在集合{r h | r >0 h >0}内取定一对值r h 时 V 对应的值就随之确定例2 一定量的理想气体的压强p 、体积V 和绝对温度T 之间具有关系V RTp =其中R 为常数这里当V 、T 在集合{V T | V >0 T >0}内取定一对值V T 时 p 的对应值就随之确定例3 设R 是电阻R 1、R 2并联后的总电阻由电学知道它们之间具有关系2121R R R R R +=这里当R 1、R 2在集合{ R 1 R 2 | R 1>0 R 2>0}内取定一对值 R 1 R 2时 R 的对应值就随之确定定义1 设D 是R 2的一个非空子集称映射f D R 为定义在D上的二元函数通常记为zfx y x yD或zfP PD其中点集D称为该函数的定义域x y称为自变量z称为因变量上述定义中与自变量x、y的一对值x y相对应的因变量z的值也称为f在点x y处的函数值记作fx y即zfx y 值域fD{z| zfx y x yD}函数的其它符号zzx y zgx y等类似地可定义三元函数ufx y z x y zD以及三元以上的函数一般地把定义1中的平面点集D换成n维空间R n内的点集D映射f D R就称为定义在D上的n元函数通常记为ufx1x2x n x1x2x n D或简记为uf x x x1x2x n D也可记为ufP Px1x2x n D函数定义域的约定在一般地讨论用算式表达的多元函数uf x时就以使这个算式有意义的变元x的值所组成的点集为这个多元函数的自然定义域因而对这类函数它的定义域不再特别标出例如函数z ln xy的定义域为{x y|xy>0}无界开区域函数z arcsin x2y2的定义域为{x y|x2y21}有界闭区域二元函数的图形点集{x y z|zfx y x yD}称为二元函数zfx y的图形二元函数的图形是一张曲面例如zaxbyc是一张平面而函数z=x2+y2的图形是旋转抛物面三多元函数的极限与一元函数的极限概念类似如果在Px yP0x0y0的过程中对应的函数值fx y无限接近于一个确定的常数A则称A 是函数fx y当x yx0y0时的极限定义2设二元函数fPfx y 的定义域为D P 0x 0 y 0是D 的聚点如果存在常数A 对于任意给定的正数总存在正数使得当),(),(0δP U D y x P⋂∈时都有|fPA ||fx yA |成立则称常数A 为函数fx y 当x yx 0 y 0时的极限记为 Ay x f y x y x =→),(lim ),(),(0或fx yA x yx 0 y 0也记作AP f P P =→)(lim 0或fPAPP 0上述定义的极限也称为二重极限例4. 设22221sin)(),(y x y x y x f ++= 求证0),(lim )0,0(),(=→y x f y x证因为2222222222 |1sin ||| |01sin)(||0),(|y x y x y x y x y x y x f +≤+⋅+=-++=-可见 >0 取εδ=则当δ<-+-<22)0()0(0y x即),(),(δO U D y x P⋂∈时总有|fx y 0|因此0),(lim )0,0(),(=→y x f y x 必须注意1二重极限存在是指P 以任何方式趋于P 0时函数都无限接近于A2如果当P 以两种不同方式趋于P 0时函数趋于不同的值则函数的极限不存在讨论函数⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=0 00 ),(222222y x y x y x xy y x f 在点0 0有无极限提示当点Px y 沿x 轴趋于点0 0时0lim )0 ,(lim ),(lim00)0,0(),(===→→→x x y x x f y x f 当点Px y 沿y 轴趋于点0 0时0lim ) ,0(lim ),(lim 0)0,0(),(===→→→y y y x y f y x f当点P x y 沿直线ykx 有22222022 )0,0(),(1lim lim kk x k x kx y x xy x kx y y x +=+=+→=→ 因此函数fx y 在0 0处无极限极限概念的推广多元函数的极限多元函数的极限运算法则与一元函数的情况类似例5 求x xy y x )sin(lim)2,0(),(→解 y xy xy xxy y x y x ⋅=→→)sin(lim )sin(lim)2,0(),()2,0(),(y xy xy y x y x )2,0(),()2,0(),(lim )sin(lim→→⋅=122 四多元函数的连续性定义3 设二元函数fPf x y 的定义域为D P 0x 0 y 0为D的聚点且P 0D 如果),(),(lim00),(),(00y x f y x f y x y x =→ 则称函数f x y 在点P 0x 0 y 0连续如果函数f x y 在D 的每一点都连续那么就称函数f x y 在D 上连续或者称f x y 是D 上的连续函数二元函数的连续性概念可相应地推广到n 元函数fP 上去例6设fx ,y sin x 证明fx y 是R 2上的连续函数证设P 0x 0 y 0 R 20 由于sin x 在x 0处连续故0 当|xx 0|时有|sin x sin x 0|以上述作P 0的邻域UP 0 则当Px yUP 0 时显然 |fx yfx 0 y 0||sin x sin x 0|即fx y sin x 在点P 0x 0 y 0 连续由P 0的任意性知 sin x 作为x y 的二元函数在R 2上连续证对于任意的P 0x 0 y 0R 2因为),(sin sin lim),(lim 000),(),(),(),(0000y x f x x y x f y x y x y x y x ===→→ 所以函数fx ,y sin x 在点P 0x 0 y 0连续由P 0的任意性知 sin x作为x y 的二元函数在R 2上连续类似的讨论可知一元基本初等函数看成二元函数或二元以上的多元函数时它们在各自的定义域内都是连续的定义4设函数fx y 的定义域为D P 0x 0 y 0是D 的聚点如果函数fx y 在点P 0x 0 y 0不连续则称P 0x 0 y 0为函数fx y 的间断点例如函数⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=0 00 ),(222222y x y x y x xy y x f其定义域D R 2O 0 0是D 的聚点 fx y 当x y 0 0时的极限不存在所以点O 0 0是该函数的一个间断点又如函数11sin22-+=y x z 其定义域为D {x y |x 2y 21} 圆周C {x y |x 2y 21}上的点都是D 的聚点而fx y 在C 上没有定义当然fx y 在C 上各点都不连续所以圆周C 上各点都是该函数的间断点注间断点可能是孤立点也可能是曲线上的点可以证明多元连续函数的和、差、积仍为连续函数连续函数的商在分母不为零处仍连续多元连续函数的复合函数也是连续函数多元初等函数与一元初等函数类似多元初等函数是指可用一个式子所表示的多元函数这个式子是由常数及具有不同自变量的一元基本初等函数经过有限次的四则运算和复合运算而得到的例如2221y y x x +-+ sin xy 222z y xe ++都是多元初等函数一切多元初等函数在其定义区域内是连续的所谓定义区域是指包含在定义域内的区域或闭区域由多元连续函数的连续性如果要求多元连续函数fP 在点P 0处的极限而该点又在此函数的定义区域内则 )()(lim 00P f P f p p =→例7 求xy y x y x +→)2,1(),(lim解函数xy yx y x f +=),(是初等函数它的定义域为D {x y |x 0 y 0}P 01 2为D 的内点故存在P 0的某一邻域UP 0D 而任何邻域都是区域所以UP 0是fx y 的一个定义区域因此23)2,1(),(lim)2,1(),(==→f y x f y x 一般地求)(lim 0P f P P →时如果fP 是初等函数且P 0是fP 的定义域的内点则fP 在点P 0处连续于是)()(lim 00P f P f P P =→例8 求xy xy y x 11lim)0 ,0(),(-+→解)11()11)(11(lim11lim)0 ,0(),()0 ,0(),(++++-+=-+→→xy xy xy xy xy xy y x y x 21111lim )0 ,0(),(=++=→xy y x多元连续函数的性质性质1 有界性与最大值最小值定理在有界闭区域D 上的多元连续函数必定在D 上有界且能取得它的最大值和最小值性质1就是说若fP 在有界闭区域D 上连续则必定存在常数M 0 使得对一切PD 有|fP |M 且存在P 1、P 2D 使得 fP 1max{fP |PD } fP 2min{fP |PD }性质2 介值定理在有界闭区域D 上的多元连续函数必取得介于最大值和最小值之间的任何值§8 2 偏导数一、偏导数的定义及其计算法对于二元函数zfx y 如果只有自变量x 变化而自变量y 固定这时它就是x 的一元函数这函数对x 的导数就称为二元函数zfx y 对于x 的偏导数定义设函数zfx y 在点x 0 y 0的某一邻域内有定义当y 固定在y 0而x 在x 0处有增量x 时相应地函数有增量fx 0x y 0fx 0 y 0如果极限x y x f y x x f x ∆-∆+→∆),(),(lim00000存在则称此极限为函数zfx y 在点x 0 y 0处对x 的偏导数记作0y y x x x z==∂∂ 00y y x x x f ==∂∂0y y x x xz == 或),(00y x f x例如x y x f y x x f y x f x x ∆-∆+=→∆),(),(lim),(0000000类似地函数zfx y 在点x 0 y 0处对y 的偏导数定义为y y x f y y x f y ∆-∆+→∆),(),(lim00000记作y y x x y z==∂∂y y x x y f==∂∂y y x x yz == 或f y x 0 y 0偏导函数如果函数zfx y 在区域D 内每一点x y 处对x 的偏导数都存在那么这个偏导数就是x 、y 的函数它就称为函数zfx y 对自变量x 的偏导函数记作x z ∂∂ xf ∂∂ x z 或),(y x f x偏导函数的定义式x y x f y x x f y x f x x ∆-∆+=→∆),(),(lim),(0类似地可定义函数zfx y 对y 的偏导函数记为y z ∂∂ yf∂∂ z y 或),(y x f y偏导函数的定义式y y x f y y x f y x f y y ∆-∆+=→∆),(),(lim),(0求xf∂∂时只要把y 暂时看作常量而对x求导数求yf∂∂时只要把x 暂时看作常量而对y 求导数讨论下列求偏导数的方法是否正确),(),(00y y x x x x y x f y x f ===),(),(00y y x x y y y x f y x f ===0]),([),(000x x x y x f dx d y x f == 0]),([),(000y y y y x f dy dy x f ==偏导数的概念还可推广到二元以上的函数例如三元函数ufx y z 在点x y z 处对x 的偏导数定义为x z y x f z y x x f z y x f x x ∆-∆+=→∆),,(),,(lim),,(0其中x y z 是函数ufx y z 的定义域的内点它们的求法也仍旧是一元函数的微分法问题例1 求zx 23xyy 2在点1 2处的偏导数解 y x x z 32+=∂∂ yx y z 23+=∂∂ 8231221=⋅+⋅=∂∂==y x xz7221321=⋅+⋅=∂∂==y x yz例2 求zx 2sin 2y 的偏导数解 y x x z 2sin 2=∂∂ yx y z 2cos 22=∂∂例3 设)1,0(≠>=x x xz y求证zy z x x z y x 2ln 1=∂∂+∂∂证 1-=∂∂y yx x z xx y z y ln =∂∂zx x x x x yx y x y z x x z y x y y y y 2ln ln 1ln 11=+=+=∂∂+∂∂-例4 求222z y x r ++=的偏导数解 r x z y x x x r =++=∂∂222 r y z y x y y r =++=∂∂222例5 已知理想气体的状态方程为pV =RTR 为常数求证 1-=∂∂⋅∂∂⋅∂∂p T T V V p证因为V RTp = 2V RT V p-=∂∂p RT V = p RT V =∂∂RpV T =R Vp T =∂∂所以12-=-=⋅⋅-=∂∂⋅∂∂⋅∂∂pV RT R V p R V RT p T T V V p例 5 说明的问题偏导数的记号是一个整体记号不能看作分子分母之商二元函数zfx y 在点x 0 y 0的偏导数的几何意义f x x 0 y 0fx y 0x 是截线zfx y 0在点M 0处切线T x 对x 轴的斜率f y x 0 y 0 fx 0 y y 是截线zfx 0 y 在点M 0处切线T y 对y 轴的斜率偏导数与连续性对于多元函数来说即使各偏导数在某点都存在也不能保证函数在该点连续例如⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=0 00),(222222y x y x y x xy y x f在点0 0有 f x 0 00 f y 0 00 但函数在点0 0并不连续提示0)0 ,(=x f 0) ,0(=y f0)]0 ,([)0 ,0(==x f dx d f x 0)] ,0([)0 ,0(==y f dy df y当点Px y 沿x 轴趋于点0 0时有0lim )0 ,(lim ),(lim00)0,0(),(===→→→x x y x x f y x f当点Px y 沿直线ykx 趋于点0 0时有22222022 )0,0(),(1lim lim kk x k x kx y x xy x kx y y x +=+=+→=→因此),(lim )0,0(),(y x f y x →不存在故函数fx y 在0 0处不连续类似地可定义函数zfx y 对y 的偏导函数记为y z ∂∂ yf∂∂ z y 或),(y x f y偏导函数的定义式y y x f y y x f y x f y y ∆-∆+=→∆),(),(lim),(0二高阶偏导数设函数zfx y 在区域D 内具有偏导数),(y x f x z x =∂∂ ),(y x f y z y=∂∂那么在D 内f x x y 、f y x y 都是x y 的函数如果这两个函数的偏导数也存在则称它们是函数zfx y 的二偏导数按照对变量求导次序的为同有下列四个二阶偏导数如果函数zfx y 在区域D 内的偏导数f x x y 、f y x y 也具有偏导数则它们的偏导数称为函数zfx y 的二阶偏导数按照对变量求导次序的不同有下列四个二阶偏导数),()(22y x f x z x z x xx =∂∂=∂∂∂∂ ),()(2y x f y x z x z y xy=∂∂∂=∂∂∂∂),()(2y x f x y z y z x yx =∂∂∂=∂∂∂∂ ),()(22y x f y z y z y yy =∂∂=∂∂∂∂其中),()(2y x f y x z x z y xy =∂∂∂=∂∂∂∂ ),()(2y x f x y z y z x yx=∂∂∂=∂∂∂∂称为混合偏导数22)(x z x z x ∂∂=∂∂∂∂ yx z x z y ∂∂∂=∂∂∂∂2)( x y z y z x ∂∂∂=∂∂∂∂2)( 22)(y zy z y ∂∂=∂∂∂∂同样可得三阶、四阶、以及n 阶偏导数二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数例6 设zx 3y 23xy 3xy 1 求22x z ∂∂、33x z∂∂、x y z ∂∂∂2和y x z∂∂∂2解 y y y x x z --=∂∂32233 xxy y x y z --=∂∂23922226xy x z =∂∂ 2336y x z =∂∂196222--=∂∂∂y y x y x z 196222--=∂∂∂y y x x y z由例6观察到的问题 y x zx y z ∂∂∂=∂∂∂22定理如果函数zfx y 的两个二阶混合偏导数x y z ∂∂∂2及yx z∂∂∂2在区域D 内连续那么在该区域内这两个二阶混合偏导数必相等类似地可定义二元以上函数的高阶偏导数例7 验证函数22ln y x z +=满足方程02222=∂∂+∂∂y z x z证因为)ln(21ln 2222y x y x z +=+= 所以22y x xx z +=∂∂22y x y y z +=∂∂222222222222)()(2)(y x x y y x x x y x xz +-=+⋅-+=∂∂222222222222)()(2)(y x y x y x y y y x yz +-=+⋅-+=∂∂因此 0)()(22222222222222=+-++-=∂∂+∂∂y x x y y x y x y z x z例8．证明函数r u 1=满足方程0222222=∂∂+∂∂+∂∂z u y u x u其中222z y x r ++=证 32211r xr x r x r r x u -=⋅-=∂∂⋅-=∂∂52343223131r x r x r r x r x u +-=∂∂⋅+-=∂∂同理5232231r y r y u +-=∂∂ 5232231r z r z u +-=∂∂因此)31()31()31(523523523222222r z r r y r r x r zu y u x u +-++-++-=∂∂+∂∂+∂∂33)(3352352223=+-=+++-=r r r r z y x r提示 6236333223)()(r x rr x r r r x x r rx x x u ∂∂⋅--=∂∂⋅--=-∂∂=∂∂§8 3全微分及其应用一、全微分的定义根据一元函数微分学中增量与微分的关系有偏增量与偏微分fxx yfx yf x x yxfxx yfx y 为函数对x 的偏增量 f x x yx 为函数对x 的偏微分fx yyfx yf y x yyfx yyfx y 为函数对y 的偏增量 f y x yy 为函数对y 的偏微分全增量 z fxx yyfx y计算全增量比较复杂我们希望用x 、y 的线性函数来近似代替之定义如果函数zfx y 在点x y 的全增量 z fxx yyfx y 可表示为) )()(( )(22y x o y B x A z ∆+∆=+∆+∆=∆ρρ 其中A 、B 不依赖于x 、y 而仅与x 、y 有关则称函数zfx y 在点x y 可微分而称AxBy 为函数zfx y 在点x y 的全微分记作dz 即dzAxBy如果函数在区域D 内各点处都可微分那么称这函数在D 内可微分可微与连续可微必连续但偏导数存在不一定连续这是因为如果zfx y 在点x y 可微则 z fxx yyfx yAxByo 于是 0lim 0=∆→z ρ从而),(]),([lim ),(lim)0,0(),(y x f z y x f y y x x f y x =∆+=∆+∆+→→∆∆ρ因此函数zfx y 在点x y 处连续可微条件定理1必要条件如果函数zfx y 在点x y 可微分则函数在该点的偏导数x z∂∂、y z ∂∂必定存在且函数zfx y 在点x y 的全微分为yy z x xz dz ∆∂∂+∆∂∂= 证设函数zfx y 在点Px y 可微分于是对于点P 的某个邻域内的任意一点P xx yy 有zAxByo 特别当y 0时有f xx yfx yAxo |x |上式两边各除以x 再令x 0而取极限就得Ax y x f y x x f x =∆-∆+→∆),(),(lim从而偏导数x z ∂∂存在且Ax z =∂∂同理可证偏导数y z ∂∂存在且B y z =∂∂所以yy z x xz dz ∆∂∂+∆∂∂= 简要证明设函数zfx y 在点x y 可微分于是有zAxByo 特别当y 0时有f xx yfx yAxo |x |上式两边各除以x 再令x 0而取极限就得Ax x o A x y x f y x x f x x =∆∆+=∆-∆+→∆→∆]|)(|[lim ),(),(lim00从而x z ∂∂存在且A x z =∂∂同理y z ∂∂存在且B y z =∂∂ 所以yy z x xz dz ∆∂∂+∆∂∂= 偏导数x z∂∂、y z ∂∂存在是可微分的必要条件但不是充分条件例如函数⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=0 00 ),(222222y x y x y x xy y x f 在点00处虽然有f x 0 00及f y 0 00但函数在00不可微分即zf x 0 0xf y 0 0y 不是较高阶的无穷小这是因为当x y 沿直线yx 趋于0 0时ρ])0 ,0()0 ,0([y f x f z y x ∆⋅+∆⋅-∆021)()()()(2222≠=∆+∆∆⋅∆=∆+∆∆⋅∆=x x x x y x y x定理2充分条件如果函数zfx y 的偏导数x z∂∂、y z ∂∂在点x y 连续则函数在该点可微分定理1和定理2的结论可推广到三元及三元以上函数按着习惯x 、y 分别记作dx 、dy 并分别称为自变量的微分则函数zfx y 的全微分可写作dyy z dx x z dz ∂∂+∂∂=二元函数的全微分等于它的两个偏微分之和这件事称为二元函数的微分符合叠加原理叠加原理也适用于二元以上的函数例如函数uf x y z 的全微分为dzz u dy y u dx x u du ∂∂+∂∂+∂∂= 例1 计算函数zx 2y y 2的全微分解因为xy x z 2=∂∂ yx y z 22+=∂∂所以dz 2xydxx 22ydy例2 计算函数ze xy在点2 1处的全微分解因为xy ye x z =∂∂ xyxe y z =∂∂ 212e x z y x =∂∂== 2122ey z y x =∂∂==所以 dze 2dx 2e 2dy 例3 计算函数yze yx u ++=2sin 的全微分解因为1=∂∂x u yz ze y y u +=∂∂2cos 21 yzye z u =∂∂ 所以 dzye dy ze ydx du yz yz +++=)2cos 21(二、全微分在近似计算中的应用当二元函数zf x y 在点P x y 的两个偏导数f x x y fyx y 连续并且|x | |y |都较小时有近似等式z dz f x x yxf y x yy即 f xx yy fx yf x x yxf y x yy我们可以利用上述近似等式对二元函数作近似计算例4 有一圆柱体受压后发生形变它的半径由20cm 增大到20 05cm 高度由100cu 减少到99cm 求此圆柱体体积变化的近似值解设圆柱体的半径、高和体积依次为r 、h 和V 则有V r 2h已知r 20 h 100 r 0 05 h 1 根据近似公式有VdVV r rV h h 2rhrr 2h2201000 052021200 cm 3即此圆柱体在受压后体积约减少了200 cm 3例5 计算1 04202的近似值解设函数f x yx y显然要计算的值就是函数在x 104y 202时的函数值f 104 202 取x 1 y 2 x 004 y 002 由于f xx yy fx yf x x yxf y x yyx y yx y 1xx yln x y所以10420212212100412ln1002108例6 利用单摆摆动测定重力加速度g 的公式是224T lg π=现测得单摆摆长l 与振动周期T 分别为l =100±、T =2±.问由于测定l 与T 的误差而引起g 的绝对误差和相对误差各为多少解如果把测量l 与T 所产生的误差当作|Δl |与|ΔT |,则利用上述计算公式所产生的误差就是二元函数224T lg π=的全增量的绝对值|Δg |.由于|Δl ||ΔT |都很小因此我们可以用dg 来近似地代替Δg 这样就得到g 的误差为||||||T T g l l g dg g ∆∂∂+∆∂∂=≈∆T l T g l g δδ⋅∂∂+⋅∂∂≤||||)21(4322Tl T l T δδπ+=其中l 与T 为l 与T 的绝对误差把l =100 T =2, l =, δT =代入上式得g 的绝对误差约为)004.02100221.0(4322⨯⨯+=πδg)/(93.45.022s cm ==π.02225.0210045.0=⨯=ππδg g从上面的例子可以看到对于一般的二元函数z =fx, y , 如果自变量x 、y 的绝对误差分别为x 、y , 即|Δx |x , |Δy |y , 则z 的误差||||||y y z x x z dz z ∆∂∂+∆∂∂=≈∆ ||||||||y y z x x z ∆⋅∂∂+∆⋅∂∂≤ y x y z x z δδ⋅∂∂+⋅∂∂≤||||从而得到z 的绝对误差约为yx z yz xz δδδ⋅∂∂+⋅∂∂=||||z 的相对误差约为yx z z y z z x zz δδδ∂∂+∂∂=||§8 4 多元复合函数的求导法则设zfu v 而ut vt 如何求dt dz设zfu v 而ux y vx y 如何求x z∂∂和y z ∂∂1 复合函数的中间变量均为一元函数的情形定理1 如果函数ut 及vt 都在点t 可导函数zfu v 在对应点u v 具有连续偏导数则复合函数zft t 在点t 可导且有dt dv v z dt du u z dt dz ⋅∂∂+⋅∂∂=简要证明1 因为zfu v 具有连续的偏导数所以它是可微的即有dvv z du uz dz ∂∂+∂∂=又因为ut 及vt 都可导因而可微即有dt dt du du = dtdt dv dv = 代入上式得dt dtdv v z dt dt du u z dz ⋅∂∂+⋅∂∂=dtdt dv v z dt du u z )(⋅∂∂+⋅∂∂= 从而 dt dvv z dt du u z dt dz ⋅∂∂+⋅∂∂=简要证明2 当t 取得增量t 时 u 、v 及z 相应地也取得增量u 、v 及z 由zfu v 、ut 及vt 的可微性有)(ρo v v z u u z z +∆∂∂+∆∂∂=∆)()]([)]([ρo t o t dt dv v z t o t dt du u z +∆+∆∂∂+∆+∆∂∂=)()()()(ρo t o v z u z t dt dv v z dt du u z +∆∂∂+∂∂+∆⋅∂∂+⋅∂∂= t o t t o v z u z dt dv v z dt du u z t z ∆+∆∆∂∂+∂∂+⋅∂∂+⋅∂∂=∆∆)()()(ρ令t 0 上式两边取极限即得dt dvv z dt du u z dt dz ⋅∂∂+⋅∂∂=注0)()(0)()()(lim )(lim 222200=+⋅=∆∆+∆⋅=∆→∆→∆dt dv dt du t v u o t o t t ρρρ推广设zf u v w u t vt wt 则zf t t t 对t 的导数为dt dww z dt dv v z dt du u z dt dz ∂∂+∂∂+∂∂=上述dt dz称为全导数2 复合函数的中间变量均为多元函数的情形定理2 如果函数ux y vx y 都在点x y 具有对x 及y 的偏导数函数zfu v 在对应点u v 具有连续偏导数则复合函数zf x y x y 在点x y 的两个偏导数存在且有x v v z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂ y vv z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂推广设zfu v w ux y vx y wx y 则x w w z x v v z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂ y ww z y v v z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂讨论 1设zfu v ux y vy 则=∂∂x z =∂∂y z提示 x u u z x z ∂∂⋅∂∂=∂∂ dy dvv z y u u z y z ⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂2设zfu x y 且ux y 则=∂∂x z =∂∂y z提示 x f x u u f x z ∂∂+∂∂∂∂=∂∂ y fy u u f y z ∂∂+∂∂∂∂=∂∂ 这里x z∂∂与xf ∂∂是不同的 x z∂∂是把复合函数zfx y x y 中的y 看作不变而对x 的偏导数 xf∂∂是把fu x y 中的u 及y 看作不变而对x 的偏导数 y z∂∂与yf ∂∂也有类似的区别3．复合函数的中间变量既有一元函数又有多元函数的情形定理3 如果函数ux y 在点x y 具有对x 及对y 的偏导数函数vy 在点y 可导函数zfu v 在对应点u v 具有连续偏导数则复合函数zfx y y 在点x y 的两个偏导数存在且有x u u z x z ∂∂⋅∂∂=∂∂ dy dvv z y u u z y z ⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂例1 设ze u sin v uxy vxy 求x z∂∂和y z ∂∂解 x vv z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂e u sin vye ucos v 1 e x yy sin xy cos xyy vv z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂e u sin vxe ucos v 1 e xyx sin xy cos xy 例2 设222),,(z y x ez y x f u ++== 而y x z sin 2= 求x u∂∂和y u ∂∂解 x zz f x f x u ∂∂⋅∂∂+∂∂=∂∂y x ze xez y xz y xsin 222222222⋅+=++++yx y xey x x 2422sin 22)sin 21(2++++=y zz f y f y u ∂∂⋅∂∂+∂∂=∂∂y x ze yez y xz y xcos 222222222⋅+=++++yx y xey y x y 2422sin 4)cos sin (2+++=例3 设zuv sin t 而uetv cos t 求全导数dt dz解 t zdt dv v z dt du u z dt dz ∂∂+⋅∂∂+⋅∂∂=ve tu sin t cos t e tcos te tsin t cos t e t cos t sin t cos t 例4 设wfxyz xyz f具有二阶连续偏导数求x w∂∂及z x w ∂∂∂2解令uxyz vxyz 则wfu v 引入记号u v u f f ∂∂='),(1 v u v u f f ∂∂∂='),(12同理有2f '11f ''22f ''等 21f yz f x v v f x u u f x w '+'=∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂z f yz f y z f f yz f z z x w ∂'∂+'+∂'∂='+'∂∂=∂∂∂221212)(2222121211f z xy f yz f y f xy f ''+''+'+''+''= 22221211)(f z xy f y f z x y f ''+'+''++''= 注 1211111f xy f z v v f z u u f z f ''+''=∂∂⋅∂'∂+∂∂⋅∂'∂=∂'∂ 2221222f xy f z v v f z u u f z f ''+''=∂∂⋅∂'∂+∂∂⋅∂'∂=∂'∂例5 设ufx y 的所有二阶偏导数连续把下列表达式转换成极坐标系中的形式122)()(y u xu ∂∂+∂∂ 22222y u x u ∂∂+∂∂ 解由直角坐标与极坐标间的关系式得 ufx yf cos θ sin θF θ 其中x cos θ y sin θ 22yx +=ρx yarctan=θ应用复合函数求导法则得x u x u x u ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂θθρρ2ρθρρy u x u ∂∂-∂∂=ρθθθρsin cos y u u ∂∂-∂∂=y u y u y u ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂θθρρ2ρθρρx u y u ∂∂+∂∂=ρθθθρcos sin ∂∂+∂∂=u u两式平方后相加得22222)(1)()()(θρρ∂∂+∂∂=∂∂+∂∂u u yu x u 再求二阶偏导数得x x u x x u x u ∂∂⋅∂∂∂∂+∂∂⋅∂∂∂∂=∂∂θθρρ)()(22θρθθθρρcos )sin cos (⋅∂∂-∂∂∂∂=u u ρθρθθθρθsin )sin cos (⋅∂∂-∂∂∂∂-u u 22222222sin cos sin 2cos ρθθρθθθρθρ∂∂+∂∂∂-∂∂=u u u ρθρρθθθ22sin cos sin 2∂∂+∂∂+u u同理可得2222222222cos cos sin 2sin ρθθρθθθρθρ∂∂+∂∂∂+∂∂=∂∂u u u y u ρθρρθθθ22cos cos sin 2∂∂+∂∂-u u两式相加得22222222211θρρρρ∂∂++∂∂=∂∂+∂∂u u y u x u])([1222θρρρρρ∂∂+∂∂∂∂=u u全微分形式不变性设zfu v 具有连续偏导数则有全微分dvv z du uz dz ∂∂+∂∂= 如果zfu v 具有连续偏导数而ux y vx y 也具有连续偏导数则dyy z dx x z dz ∂∂+∂∂=dyy v v z y u u z dx x v v z x u u z )()(∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂=)()(dy y v dx x v v z dy y u dx x u u z ∂∂+∂∂∂∂+∂∂+∂∂∂∂= dv v z du uz ∂∂+∂∂= 由此可见无论z 是自变量u 、v 的函数或中间变量u 、v 的函数它的全微分形式是一样的这个性质叫做全微分形式不变性例6 设ze usin v ux y vxy 利用全微分形式不变性求全微分解 dv v z du uz dz ∂∂+∂∂= e u sin vdu e ucos v dv e u sin vy dxx dy e u cos vdxdy ye u sin v e u cos vdxxe u sin v e ucos v dye xy y sin xy cos xydx e xyx sin xy cos xydy§8 5 隐函数的求导法则一、一个方程的情形隐函数存在定理1设函数Fx y 在点Px 0 y 0的某一邻域内具有连续偏导数Fx 0 y 00 F y x 0 y 00 则方程Fx y 0在点x 0 y 0的某一邻域内恒能唯一确定一个连续且具有连续导数的函数yfx 它满足条件y 0fx 0 并有yx F F dx dy-= 求导公式证明将yfx 代入Fx y 0 得恒等式 Fx fx 0 等式两边对x 求导得=⋅∂∂+∂∂dx dy y F x F由于F y 连续且F y x 0 y 00 所以存在x 0 y 0的一个邻域在这个邻域同F y 0 于是得yx F F dx dy-=例1 验证方程x 2y 210在点0 1的某一邻域内能唯一确定一个有连续导数、当x 0时y 1的隐函数yfx 并求这函数的一阶与二阶导数在x 0的值解设Fx yx 2y 21 则F x 2x F y 2y F 0 10 F y 0 120 因此由定理1可知方程x 2y 210在点0 1的某一邻域内能唯一确定一个有连续导数、当x 0时y 1的隐函数yfx yx F F dx dyy x -=-= 00==x dx dy332222221)(y y x y y y x x y y y x y dx y d -=+-=---='--=1022-==x dx yd隐函数存在定理还可以推广到多元函数一个二元方程Fx y 0可以确定一个一元隐函数一个三元方程Fx y z 0可以确定一个二元隐函数隐函数存在定理2设函数Fx y z 在点Px 0 y 0 z 0的某一邻域内具有连续的偏导数且Fx 0 y 0 z 00 F z x 0 y 0 z 00 则方程Fx y z 0在点x 0 y 0z 0的某一邻域内恒能唯一确定一个连续且具有连续偏导数的函数zfx y 它满足条件z 0fx 0 y 0 并有zxF F x z -=∂∂ zyF F y z -=∂∂公式的证明将zfx y 代入Fx y z 0 得Fx y fx y 0 将上式两端分别对x 和y 求导得0=∂∂⋅+x z F F z x 0=∂∂⋅+y zF F z y因为F z 连续且F z x 0 y 0 z 00 所以存在点x 0 y 0 z 0的一个邻域使F z 0 于是得zx F F x z -=∂∂ zy F F y z -=∂∂例2. 设x 2y 2z 24z 0 求22x z∂∂解设Fx y z x 2y 2z 24z 则F x 2x F y 2z 4 z x z x F F x z z x -=--=-=∂∂24223222222)2()2()2()2()2()2()2(z x x z z x x x z x z x x x z -+-=--+-=-∂∂+-=∂∂二、方程组的情形在一定条件下由个方程组Fx y u v 0 Gx y u v 0可以确定一对二元函数uux y vvx y 例如方程xuyv 0和yuxv 1可以确定两个二元函数22y x y u +=22y x x v +=事实上 xuyv 0 u yx v =1=⋅+u y x x yu 22y x yu += 2222yx x y x yy x v +=+⋅=如何根据原方程组求u v 的偏导数隐函数存在定理3 隐函数存在定理3设Fx y u v 、Gx y u v 在点Px 0 y 0 u 0 v 0的某一邻域内具有对各个变量的连续偏导数又Fx 0 y 0 u 0 v 00 Gx 0 y 0 u 0 v 00 且偏导数所组成的函数行列式v G u Gv Fu Fv u G F J ∂∂∂∂∂∂∂∂=∂∂=),(),(在点Px 0 y 0 u 0 v 0不等于零则方程组Fx y u v 0 Gx y u v 0在点Px 0 y 0 u 0 v 0的某一邻域内恒能唯一确定一组连续且具有连续偏导数的函数uux y vvx y 它们满足条件u 0ux 0 y 0 v 0vx 0y 0 并有v uv uv x v xG G F F G G F F v x G F J x u -=∂∂-=∂∂),(),(1vuv ux u x uG G F F G G F F x u G F J x v -=∂∂-=∂∂),(),(1vu vu vy v y G G F F G G F F v y G F J y u -=∂∂-=∂∂),(),(1vu vu yu y u G G F F G G F F y u G F J y v -=∂∂-=∂∂),(),(1隐函数的偏导数:设方程组Fx y u v 0 Gx y u v 0确定一对具有连续偏导数的二元函数uux y vvx y 则偏导数x u ∂∂ x v ∂∂由方程组⎪⎩⎪⎨⎧=∂∂+∂∂+=∂∂+∂∂+.0,0x v G x u G G x v F x u F F v u x v u x 确定偏导数y u ∂∂ y v ∂∂由方程组⎪⎩⎪⎨⎧=∂∂+∂∂+=∂∂+∂∂+.0,0y v G y u G G y v F y u F F v u y v u y 确定例3 设xuyv 0 yuxv 1 求x u ∂∂ x v ∂∂ y u∂∂和y v ∂∂解两个方程两边分别对x 求偏导得x u ∂∂和x v∂∂的方程组⎪⎩⎪⎨⎧=∂∂++∂∂=∂∂-∂∂+00x v x v x u y x v y x u x u当x 2y 2时解之得22y x yv xu x u ++-=∂∂ 22y x xvyu x v +-=∂∂两个方程两边分别对x 求偏导得y u∂∂和y v∂∂的方程组⎪⎩⎪⎨⎧=∂∂+∂∂+=∂∂--∂∂00y v x y u y u y v y v y u x 当x 2y 2时解之得22y x yu xv y u +-=∂∂ 22y x yvxu y v ++-=∂∂另解将两个方程的两边微分得⎩⎨⎧=+++=--+00xdv vdx ydu udy ydv vdy xdu udx 即⎩⎨⎧--=+-=-vdx udy xdv ydu udxvdy ydv xdu解之得dy y x yuxv dx y x yv xu du 2222+-+++-=dy y x yvxu dx y x xv yu dv 2222++-+-=于是 22y x yv xu x u ++-=∂∂ 22yx yu xv y u +-=∂∂22y x xv yu x v +-=∂∂ 22y x yv xu y v ++-=∂∂例设函数xxu v yyu v 在点u v 的某一领域内连续且有连续偏导数又0),(),(≠∂∂v u y x1证明方程组⎩⎨⎧==),(),(v u y y v u x x在点x y u v 的某一领域内唯一确定一组单值连续且有连续偏导数的反函数uux y vvx y2求反函数uux y vvx y 对x y 的偏导数解 1将方程组改写成下面的形式⎩⎨⎧=-≡=-≡0),(),,,(0),(),,,(v u y y v u y x G v u x x v u y x F则按假设.0),(),(),(),(≠∂∂=∂∂=v u y x v u G F J由隐函数存在定理3 即得所要证的结论2将方程组7所确定的反函数uux yvvx y 代入7 即得⎩⎨⎧≡≡)],(),,([)],(),,([y x v y x u y y y x v y x u x x将上述恒等式两边分别对x 求偏导数得⎪⎩⎪⎨⎧∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=x v v y x u u y x vv x x u u x 01由于J 0 故可解得v y J x u ∂∂=∂∂1 u yJ x v ∂∂-=∂∂1同理可得v x J y u ∂∂-=∂∂1 u xJ y v ∂∂=∂∂1§8 6多元函数微分学的几何应用一空间曲线的切线与法平面设空间曲线的参数方程为 xt yt zt 这里假定t t t 都在上可导在曲线上取对应于tt 0的一点M 0x 0 y 0 z 0及对应于tt 0t 的邻近一点Mx 0+x y 0+y z 0+z 作曲线的割线MM 0 其方程为z z z y y y x x x ∆-=∆-=∆-000当点M 沿着趋于点M 0时割线MM 0的极限位置就是曲线在点M 0处的切线考虑t z z z ty y y t x x x ∆∆-=∆∆-=∆∆-000 当MM 0 即t 0时得曲线在点M 0处的切线方程为)()()(000000t z z t y y t x x ωψϕ'-='-='- 曲线的切向量切线的方向向量称为曲线的切向量向量T t 0 t 0 t 0就是曲线在点M 0处的一个切向量法平面通过点M 0而与切线垂直的平面称为曲线在点M 0 处的法平面其法平面方程为 t 0xx 0t 0yy 0t 0zz 00例1 求曲线xt yt 2zt 3在点1 1 1处的切线及法平面方程解因为x t 1 y t 2t z t 3t 2而点1 1 1所对应的参数t 1 所以T 1 2 3 于是切线方程为 312111-=-=-z y x法平面方程为x 12y 13z 10 即x 2y 3z 6讨论1 若曲线的方程为 yx zx问其切线和法平面方程是什么形式提示曲线方程可看作参数方程 xx yx zx 切向量为T 1 x x2 若曲线的方程为Fx y z 0 Gx y z 0 问其切线和法平面方程又是什么形式提示两方程确定了两个隐函数 yx zx 曲线的参数方程为xx yx zx由方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++00dx dz G dx dy G G dxdz F dx dy F F z y x z y x 可解得dx dy 和dx dz 切向量为) ,,1(dx dz dx dy =T例2 求曲线x 2y 2z 26 xyz 0在点1 2 1处的切线及法平面方程解为求切向量将所给方程的两边对x 求导数得⎪⎩⎪⎨⎧=++=++010222dx dz dx dydxdz z dx dy y x解方程组得z y xz dx dy --= z y yx dx dz --=在点1 2 1处 0=dx dy 1-=dx dz从而T 1 0 1 所求切线方程为 110211--=+=-z y x法平面方程为x 10y 2z 10 即xz 0解为求切向量将所给方程的两边对x 求导数得⎪⎩⎪⎨⎧=++=++010222dx dz dx dydx dz z dx dy y x方程组在点1 2 1处化为⎪⎩⎪⎨⎧-=+=-112dx dz dx dydx dz dx dy 解方程组得0=dx dy 1-=dx dz从而T 1 0 1 所求切线方程为 110211--=+=-z y x法平面方程为x 10y 2z 10 即xz 0。

偏微分方程的有限元法

第3页/共106页
第五章偏微分方程的有限元法
有限元法特点有限元法的物理意义直观明确，理论完整可靠。因为变分原理描述了支配物理现象的物理学中的最小作用原理（如力学中的最小势能原理）。优异的解题能力。有限元法对边界几何形状复杂以及媒质物理性质变异等复杂物理问题求解上，有突出优点： ① 不受几何形状和媒质分布的复杂程度限制。 ②不必单独处理第二、三类边界条件。 ③ 离散点配置比较随意，通过控制有限单元剖分密度和单元插值函数的选取，可以充分保证所需的数值计算精度。
有限元法于上世纪50年代首先在力学领域-----飞机结构的静、动态特性分析中得到应用，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元法主要用于求解拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中。
第1页/共106页
第五章偏微分方程的有限元法
有限元法---变分原理
第4页/共106页
5.1 泛函与变分原理
数学上，通常自变量与因变量间的关系称为函数，而泛函则是函数集合的函数，也就是函数的函数，即自变量为函数，而不是变量。
5.1.1 泛函的定义泛函通常是指一种定义域为函数，而值域为实数的“函数”。设C是函数的集合，B是实数集合。如果对C中的任一元素y(x)，在B中都有一个元素J与之对应，则称J为y(x)的泛函，记为J[y(x)]。
5.1.3 泛函的变分
定义最简泛函
F(x,y,y’)称为泛函的“核函数”
泛函的变分
最简泛函: 核函数只包含自变量 x、未知函数y(x)以及导数y’(x)
第9页/共106页
5.1 泛函与变分原理
利用二元函数的泰勒展开
第10页/共106页
5.1 泛函与变分原理
其中
分别称为泛函的一阶变分和二阶变分。

标准二分法-定义说明解析

标准二分法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述标准二分法是一种常见的算法思想，用于在有序数组或有序列表中查找特定元素的位置。

这种方法通过将待查找区间不断缩小一半，最终找到目标元素或确定其不存在。

标准二分法是计算机科学中最基础、最常用的算法之一，被广泛应用于各个领域，包括数据结构、算法设计、搜索技术等。

在标准二分法中，首先需要一个有序的数据结构，通常是一个有序数组或有序列表。

然后，将待查找区间的起点和终点分别标记为left和right。

接下来，在每一次循环中，我们都计算待查找区间的中间位置mid，然后比较目标元素与中间位置的值。

如果目标元素等于中间位置的值，则找到了目标元素，算法结束。

如果目标元素小于中间位置的值，则说明目标元素位于中间位置的左侧，将右边界right更新为mid-1。

反之，如果目标元素大于中间位置的值，则说明目标元素位于中间位置的右侧，将左边界left更新为mid+1。

通过不断缩小待查找区间的大小，最终可以找到目标元素或确定其不存在。

标准二分法具有较高的时间效率，可以在较大规模的有序数组或有序列表中快速查找目标元素。

其时间复杂度为O(log n)，其中n表示数组或列表的大小。

此外，标准二分法还具有简单清晰的思路和易于实现的特点，使得其成为工程和科研中首选的查找算法之一。

然而，标准二分法也有一些局限性。

首先，标准二分法要求数据结构必须是有序的，这就意味着如果数据结构不是有序的话，需要先进行排序操作，增加了额外的时间开销。

其次，对于一些特殊情况，标准二分法可能失效。

比如，当数组中存在重复元素时，标准二分法可能无法准确判断目标元素的位置，需要进行额外的操作来解决。

总之，标准二分法是一种非常重要和常用的算法思想，其通过将待查找区间不断缩小一半的方法，在有序数组或有序列表中高效地查找目标元素。

虽然具有一定的局限性，但标准二分法的优点仍然使其在各个领域得到广泛应用。

在接下来的内容中，我们将进一步探讨标准二分法的应用场景、优点和局限性，以及对其未来发展进行探讨。

有限元分析理论基础

有限元分析概念有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。

由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。

有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。

在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。

如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。

线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。

非线性问题与线弹性问题的区别：1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解；2）非线性问题不能采用叠加原理；3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。

有限元求解非线性问题可分为以下三类：1）材料非线性问题材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。

由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。

在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。

2）几何非线性问题几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。

当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。

研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。

它包括大位移大应变及大位移小应变问题。

第3章有限元分析的数学求解原理-三大步骤

U x x y y z z xy xy yz yz zx zx dV
X u Y v Z w dV X u Y v Z w d W
V V
用 * 表示；引起的虚应变分量用 * 表示
j Vj
Ui
i Vi

0 X
y
¼ 1-9 Í

ui* * vi wi* * * u j ， v* j w*j

x* * y * z * * xy *yz * 18 zx
19
7.间接解法：最小势能原理
20
最小势能原理
W U 0
最小势能原理就是说当一个体系的势能最小时，系统会处于稳定平衡状态。或者说在所有几何可能位移中，真实位移使得总势能取最小值
0 表明在满足位移边界条件的所有可能位移最小势能原理：中，实际发生的位移使弹性体的势能最小。即对于稳定平衡状态，实际发生的位移使弹性体总势能取极小值。显然，最小势能原理与虚功原理完全等价。 n m
虚功原理的矩阵表示
在虚位移发生时，外力在虚位移上的虚功是：
* 式中

U i u i* V i v i* W i w i* U j u *j V j v *j W j w *j
* 是的转置矩阵。
T

*
F
T
同样，在虚位移发生时，在弹性体单位体积内，应力在虚应变上的虚功是： * * * * * * * T x x y y z z xy xy yz yz zx zx
27
⑴解析法

偏微分方程数值解

偏微分方程数值解偏微分方程（PDEs）是描述自然界中的许多现象的语言工具，从流体力学和电动力学到化学反应和生物学都有应用。

虽然有些偏微分方程可以通过解析方法精确解决，但是常常需要用数值方法来近似求解。

本文将讨论偏微分方程数值解。

PDE问题的分类偏微分方程可以分为两大类：椭圆型和非椭圆型。

椭圆型PDE描述从一个状态到另一个状态的变化是稳定且平稳的，如流体稳定流动。

椭圆型问题通常需要解决边界值问题（boundary value problems，BVP），即在指定的区域内求解PDE，并且在该区域的边界上指定边界条件。

非椭圆型PDE描述状态如何变化，例如热传导，它们需要解决初始值问题（initial value problems，IVP），即找到状态的初始条件，即在某一时刻给定PDE，并找到它随着时间的演化。

无论是BVP还是IVP，它们都可以通过数值方法进行近似计算。

有限差分法简介最常见的数值方法是有限差分法（finite difference method，FDM）。

FDM从PDE中的原始方程中获得其差分形式，然后通过将其离散化到有限差分点上，并在离散的网格点上近似解决它。

例如，考虑1D热传导方程：$$\frac{\partial u}{\partial t} = \alpha\frac{\partial^2 u}{\partialx^2}$$其中$u$是温度分布，$\alpha$是热扩散系数。

对$x$的离散化得到：$$\frac{u^{n+1}_i - u^n_i}{\Delta t} = \alpha\frac{u^n_{i+1} -2u^n_i + u^n_{i-1}}{\Delta x^2}$$其中$n$和$n+1$代表时间步，$u^n_{i}$是在时间$n$时刻位置$i$的温度。

这个方程的具体形式取决于左右边界条件的选择，例如，Dirichlet条件：$$u(0, t) = u(L, t) = 0, t>0$$其中$L$是域的长度。

格林公式、高斯公式、斯托克斯公式的应用

Green公式、Stokes公式、Gauss公式在专业学科中的应用摘要格林（Green）公式，斯托克斯（Stokes）公式和高斯（Gauss）公式是多元函数积分学中的三个基本公式，它们分别建立了曲线积分与二重积分、曲面积分与三重积分、曲线积分和曲面积分的联系。

它们建立了向量的散度与通量、旋度与环量之间的关系，除了在数学上应用于计算多元函数积分，在其他领域也有很多重要的应用。

本文将主要从这三个公式与物理学之间的联系展开介绍它们的其他应用，其中包括应用于GPS面积测量仪，确定外部扰动重力场，应用于保守场以及推证阿基米德定律和高斯定理等，帮助人们加深对格林公式、斯托克斯公式和高斯公式的理解，从而能够更准确地应用此三个公式。

关键词：格林公式斯托克斯公式高斯公式散度旋度应用目录一、引言 (1)二、格林（Green）公式的应用 (1)（一）格林公式的定义 (1)1、单连通区域的概念 (1)2、区域的边界曲线的正向规定 (1)3、陈述 (1)(二)格林公式的物理原型 (1)1、物理原型 (2)2、计算方法 (2)（三）格林公式与GPS面积测量仪 (3)1.应用曲线积分计算平面区域面积 (3)2.GPS面积测量仪的数学原理 (4)3.实验结果 (5)4.进一步讨论 (5)（四）应用格林积分直接以地面边值确定外部扰动重力场 61.扰动重力位的地面边值问题 (6)2.地面边值问题的格林公式表示 (6)三、Stokes公式的应用 (8)（一）Stokes公式简介 (8)（二）环量与环量密度 (9)（三）环量的应用 (9)1.开尔文定理 (9)2.开尔文定理的推论 (10)3.升力 (10)（四）旋度 (11)（五）旋度的应用 (12)1. 平面矢量场的旋度 (12)2.环流量是区域S 内有无漩涡的量度 (12)3.旋度是矢量场某点漩涡强度的量度 (13)4.空间矢量场的旋度 (13)四、Gauss公式的应用 (16)1、数学中的高斯公式 (16)2、保守场的推导 (17)3、高斯公式在电场中的运用 (17)4、高斯定理在万有引力场中的应用 (19)5.高斯公式推证阿基米德浮力定律 (21)6.高斯公式推证静电场中的高斯定理 (22)7.高斯公式与散度 (24)五、结语 (25)六、参考文献 (26)一、引言格林（Green）公式，斯托克斯（Stokes）公和高斯（Gauss）公式是多元函数积分学中的三个基本公式，它们分别建立了曲线积分与二重积分、曲面积分与三重积分、曲线积分和曲面积分的联系。

高中数学知识点体系框架超全超完美

高中数学知识点体系框架超全超完美高中数学基础知识整合映射与函数映射是一种对应关系，其中A中的元素在B中都有唯一的象。

映射可以是一对一（一一映射），也可以是多对一，但不可以是一对多。

函数是一种特殊的映射，其表示为f：A→B，其中A为定义域，B为值域，对于A中的每个元素都有唯一的象。

函数的三要素为定义域、对应关系和值域。

函数可以用列表法、解析法或图象法表示，其中解析法需要使解析式有意义及实际意义。

常见函数类型常见的函数类型包括正（反）比例函数、一次（二次）函数、指数函数、对数函数、幂函数、三角函数等。

这些函数的定义、图象、性质和应用都需要掌握。

函数的基本性质函数具有对称性、单调性、周期性等基本性质。

对称性包括关于原点对称、关于y轴对称、关于x轴对称等。

单调性可以通过定义法、导数法或已知函数的单调性来求得单调区间，复合函数单调性为同增异减。

周期性指函数在一定区间内具有相同的函数值，可以通过f(x+T)=f(x)来判断。

函数的变换函数常见的变换包括平移变换、对称变换、翻折变换、伸缩变换等。

这些变换可以通过数形结合来理解，也可以通过图象法来求得变换后的函数式。

函数的应用函数在数学和实际问题中都有广泛的应用。

其中最值问题是常见的应用之一，可以通过导数和单调性来求得函数的极值和最值。

建立函数模型也是常见的应用之一，可以通过观察问题、分析问题和建立方程来建立函数模型。

导数与微积分导数是函数在某一点处的变化率，可以通过导数的定义和四则运算法则来求得。

简单复合函数的导数可以通过链式法则来求得。

函数的单调性可以通过导数的正负性来判断，函数的极值和最值可以通过导数为0的点来求得。

定积分是函数在一定区间内的面积，可以通过积分的定义和基本公式来求得。

常用的求解方法包括换元法、分部积分法等。

微积分在实际问题中也有广泛的应用，例如运动的瞬时速度可以通过导数来求得，曲线的切线的斜率也可以通过导数来求得。

1.$(f(x) \cdot g(x)) = f(x)g(x) + f(x)g(x)$2.$\frac{f(x)}{g(x)} = \frac{f(x)}{g(x)} \cdot\frac{1}{g(x)}$3.$f(g(x)) = f(u) \cdot u'(x)$4.若$f'(x)>0$，则$f(x)$在该区间递增；若$f'(x)<0$，则$f(x)$在该区间递减。

固体力学计算方法的发展

固体力学计算方法的发展孙秀山岑章志刘应华（北京大学工程力学系, 北京100084）摘要本文简要回顾了固体力学计算方法的发展过程。

从早期通过解析方法求解简单问题开始，固体力学的计算方法经历了一个从精确解法到近似解法、从解析方法到数值方法的发展过程，这一过程可以依据其历史阶段分为三种类型：传统解析方法、近似求解方法（古典数值方法）和现代数值方法。

文中分析了不同发展阶段中典型固体力学计算方法的形成及其特点，探讨了这些方法对固体力学发展的作用以及影响，最后总结了这些方法之间的关系。

关键词固体力学，计算方法，发展过程，继承关系1 引言固体力学是在经典牛顿力学框架下最先发展起来的学科之一，主要研究可变形体在各种外界因素作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律，是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支[1]。

固体力学的发展首先是建立在弹性理论基础之上的，随后在工业发展的推动下，固体力学中有关塑性理论、强度理论以及稳定理论等得到了进一步的发展[2, 3]。

在传统的固体力学理论中，一般把研究对象看作是由无限个假象的元素组合在一起的连续体，因此研究对象（连续体）中的力学量（如位移、应变、应力等）就可以假设为空间或时间的连续函数。

这样，对于一个确定的固体力学问题，借助于数学方法最终可以将其转化相应的偏微分方程（或方程组）在给定条件下的边值问题或初值问题，如经典弹性理论中L-N方程或B-M方程的狄利赫莱（Dirichlet）边值问题和诺依曼（Neumann）边值问题。

对于这类方程（或方程组）的求解一直贯穿着固体力学的整个发展阶段，成为固体力学的重要研究内容之一。

从早期通过解析方法求解简单问题开始，固体力学的计算方法依据其历史发展过程大致经历了如下三个阶段：传统的解析方法、近似求解方法（古典数值方法）和现代数值方法，其中每个阶段里都出现了多种分析方法和计算方法。

在这些方法的发展中，尤以计算机技术的出现和应用为转折点，标志着固体力学计算方法的一个飞跃，促使了固体力学无论在理论研究方面还是在实际工程应用中都有了显著的进步[4, 5]。

2023届福建省龙岩市一级校高三上学期期末联考数学试题(解析版)

2023届福建省龙岩市一级校高三上学期期末联考数学试题一、单选题1．如图，已知U 是全集，,,A B C 是U 的三个子集，则阴影部分表示的集合是（）A ．()ABC B ．()A B C C ．()ABCD ．()ABC【答案】C【分析】结合韦恩图分析阴影区域和集合,,A B C 的关系即可.【详解】依题意，阴影部分区域是A 的补集与集合,B C 三者的公共部分，即()A B C .故选：C2．已知复数()()1i 1i λ=++-z 是纯虚数,则实数λ=（） A ．－1 B ．1C ．－2D ．2【答案】A【分析】对复数进行化简,根据纯虚数的定义列出方程求解即可. 【详解】()()()1i 1i 11z i λλλ=++-=++-,根据题意得1010λλ+=⎧⎨-≠⎩,解得1λ=-. 故选:A.3．“点(),a b 在圆221x y +=外”是“直线20ax by ++=与圆221x y +=相交”的（） A ．充分不必要条件 B ．必要不充分条件 C ．充分必要条件 D ．既不充分也不必要条件【答案】B【分析】求出给定的两个命题的充要条件，再分析即可判断得解. 【详解】命题p ：点(),a b 在圆221x y +=外等价于221a b +>，命题q ：直线20ax by ++=与圆221x y +=相交等价于2222214a b a b <⇔+>+，从而有,p q q p ⇒，所以p 是q 的必要不充分条件.故选：B4．如图是我国古代米斗，它是称量粮食的量器，是古代官仓、粮栈、米行等必备的用具.它是随着粮食生产而发展出来的用具，早在先秦时期就有，到秦代统一了度量衡，汉代又进一步制度化，十升为斗、十斗为石的标准最终确定下来.若将某个米斗近似看作一个四棱台.上、下两个底面都是正方形，侧棱均相等，上底面边长为25cm ，下底面边长为15cm ，侧棱长为10cm ，则该米斗的容积约为（）A ．26003cmB ．29003cmC ．31003cmD ．35003cm【答案】B【分析】画出图形，作出辅助线，求出棱台的高，利用棱台体积公式进行计算.【详解】画出此四棱台，如下：则15AB BC CD DA ====cm ，25EF FG GH HE ====cm ，10AE BF CG DH ====cm ，过点B 作BP ⊥底面EFGH 于点P ，点P 落在对角线HF 上，过点P 作PQ ⊥EF 于点Q ，连接BQ ，因为EF ⊂平面EFGH ，所以BP ⊥EF ，因为BPPQ P =，,BP PQ ⊂平面BPQ ，所以EF ⊥平面BPQ ，因为BQ ⊂平面BPQ ，所以EF ⊥BQ ，其中()152QF EF AB =-=cm ，同理可得5PQ =cm ，由勾股定理得：221002553BQ BF FQ =--=，故22752552BP BQ PQ --，正方形EFGH 的面积为2125625S ==2cm ，正方形ABCD 的面积为2215225S ==2cm ，则该米斗的容积(()1212116125262522537552288733V S S S S BP =+⋅=⨯++⨯=≈3cm故选：B5．已知12ln 23a b -==，，6πsin 7c =，则a ，b ，c 的大小关系是（） A ．a b c >> B ．b a c >>C ．a c b >>D ．b c a >>【答案】A【分析】利用中间值和作差比较法来比较大小.【详解】1ln 2e ,2a =>=6πππ1sinsin sin 7762c ==<=,121323b -==>; 33ln 212ln 2333a b --==因为33222e >>，所以3ln 210->，所以a b >.综上可得a b c >>. 故选：A.6．抛物线E 的焦点为F ，对称轴为l ，过F 且与l 的夹角为3π的直线交E 于A ，B 两点，AB 的中点为M ，线段AB 的中垂线MD 交l 于点D ．若MFD △的面积等于23AB 等于（） A ．52B ．4C ．5D ．8【答案】D【分析】依题意不妨设抛物线为()220y px p =>，不妨设直线AB 的倾斜角为3π，直线:32p AB y x ⎫=-⎪⎭，设()11,A x y ，()22,B x y ，联立直线与抛物线方程，消元、列出韦达定理，即可求出M 的坐标，从而求出直线MD 的方程，则D 的坐标可求，再根据三角形面积求出p ，最后根据焦半径公式计算可得.【详解】解：依题意不妨设抛物线为()220y px p =>，则,02p F ⎛⎫ ⎪⎝⎭，根据对称性不妨设直线AB 的倾斜角为3π，则直线:32p AB y x ⎫=-⎪⎭，设()11,A x y ，()22,B x y ，则2322p y x y px⎧⎛⎫=-⎪ ⎪⎝⎭⎨⎪=⎩，消去y 整理得2233504p x px -+=，所以1253p x x +=，则()121223333p y y x x p +=+-=，所以53,63p p M ⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭，则直线MD 的方程为335336ppyx ，令0y =，解得116p x =，即11,06p D ⎛⎫⎪⎝⎭，所以1112623233MFDp p Sp⎛⎫=⨯- ⎪⎝⎭=⨯，解得3p =或3p =-（舍去），所以26y x =，则125x x +=，所以128AB x x p =++=. 故选：D7．定义在区间[]0，a 上的函数()f x 的图象如图所示，记为()()00A f ，，()()B a f a ，，()()C x f x ，为顶点的三角形的面积为()s x ，则函数()s x 的导数()s x 的图象大致是A ．B ．C ．D ．【答案】D【解析】当C 从A 运动到B 的过程中，面积先增加再减小，然后再增加再减小，由此求出结果．【详解】连接AB ，BC ，CA ，以AB 为底，C 到AB 的距离为高h ．让C 从A 运动到B ,明显h 是一个平滑的变化,这样()S x 是平滑的变化．因为函数()12S x AB h =⨯，其中h 上为点C 到直线AB 的距离AB 为定值，当点C 在(]10,x 时，h 越来越大，s 也越来越大，即原函数递增，故导函数为正，当点C 在[)12,x x 时，h 越来越小，s 也越来越小，即原函数递减，故导函数为负，变化率的绝对值由小变大，当点C 在[)23,x x 时h 越来越大，s 也越来越大，即原函数递增，故导函数为正：变化率由大变小，当点C 在[)3,x a 时，h 越来越小，s 也越来越小，即原函数递减，故导函数为负．故选D ．【点睛】本题考查原函数图像与导函数图像之间的关系，属于一般题．8．有3个男生和3个女生参加某公司招聘，按随机顺序逐个进行面试，那么任何时候等待面试的女生人数都不少于男生人数的概率是（） A ．12B ．14C ．124D ．1144【答案】B【分析】随机逐个面试共有66A 种可能的顺序，而任何时候等待面试的女生人数都不少于男生人数的顺序可以分为5类，求出相应的顺序，即可求得概率．【详解】解：随机逐个面试共有66A 种可能的顺序，而任何时候等待面试的女生人数都不少于男生人数的顺序可以分为5类：①男男男女女女，此时有3333A A 36⨯=种；②男男女男女女，此时有212332A A A 36=⨯⨯种； ③男男女女男女，此时有2233A A 36⨯=种； ④男女男男女女，此时有11223322A A A A 36=种； ⑤男女男女男女，此时有3333A ?A 36=种；故共有365180⨯=种，所以概率为661801A 4=故选：B ．二、多选题9．已知正方体1111ABCD A B C D -中，M 为1DD 的中点，则下列直线中与直线BM 是异面直线的有（）A ．1AAB ．1BBC ．1CCD ．1DD【答案】AC【分析】观察图形可得到1BB BM B =，1DD BM M =，1AA 与1CC 与直线BM 是异面直线.【详解】显然1BB BM B =，1DD BM M =，BD 错误；1AA 与1CC 与直线BM 既不平行，也不相交，是异面直线，AC 正确.故选：AC10．某校为调查学生身高情况，按比例分配的分层随机抽样抽取一个容量为50的样本，已知其中男生23人，平均数为170.6，方差为12.59；女生27人，平均数160.6，方差为38.62. 下列说法正确的是（）A ．这个样本的平均数为165.2B ．这个样本的方差为51.4862C ．该校女生身高分布比男生集中D ．该校男生的身高都比女生高【答案】AB【分析】先求解样本的平均数和方差，结合选项可得答案. 【详解】先求样本的平均数： 23170.627160.6165.2,2327⨯+⨯=+再求样本的方差：222327[12.59(170.6165.2)][38.62(160.6165.2)]51.48625050⨯+-+⨯+-=. 所以A,B 均正确；因为38.6212.59>，所以该校男生身高分布比女生集中，所以C 不正确；样本数据无法得出男生的身高都比女生高，所以D 不正确. 故选：AB.11．关于函数()cos sin f x x x =+有下述四个结论，其中正确的是（） A ．()f x 是偶函数B ．()f x 是周期函数，周期为πC ．()f x 在区间π,π2⎛⎫⎪⎝⎭单调递增D ．()f x 的最小值是1-【答案】AD【分析】根据偶函数的定义判断A ，根据周期性的定义判断B ，由π,π2x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭化简函数解析式，再根据正弦函数的性质判断C ，判断函数的周期，再分[]0,πx ∈，()π,2πx ∈两种情况求出函数的值域，即可判断D.【详解】解：因为()cos sin f x x x =+，所以()()()()cos sin cos sin f x x x x x f x -=-+-=+=，故()cos sin f x x x =+为偶函数，故A 正确；对于B ：()()()()πcos πsin πcos sin f x x x x x f x +=+++=-+≠，故π不是函数的周期，故B 错误；对于C ：当π,π2x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时sin 0x >，则()πcos sin cos sin 4f x x x x x x ⎛⎫=+=+=+ ⎪⎝⎭，则,π3π5π444x ∈+⎛⎫ ⎪⎝⎭，因为sin y x =在3π5π44,⎛⎫⎪⎝⎭不单调，故C 错误；对于D ：因为()()()()2πcos 2πsin 2πcos sin f x x x x x f x +=+++=+=，所以2π是函数的一个周期，当[]0,πx ∈时sin 0x ≥，则()πcos sin cos sin 4f x x x x x x ⎛⎫=+=+=+ ⎪⎝⎭，则ππ5π,444x ⎡⎤+∈⎢⎥⎣⎦，所以πsin 4x ⎛⎫ ⎪⎡⎤+∈⎢⎥⎣⎝⎦⎭，则()f x ∈-⎡⎣，当()π,2πx ∈时sin 0x <，则()πcos sin cos sin 4f x x x x x x ⎛⎫=+=-=+ ⎪⎝⎭，则π5π9π,444x ∈⎛⎫+⎪⎝⎭，所以πcos 4x ⎛⎫∈ ⎪ ⎪⎝⎛⎫+ ⎪⎝⎭⎭，则()(1f x ∈-，综上可得()f x ∈-⎡⎣，故D 正确；故选：AD12．设数集{},,,S a b c d =满足下列两个条件：（1）,,x y S xy S ∀∈∈；（2）,,x y z S ∀∈，若x y ≠则xz yz ≠.则下论断正确的是（） A ．a b c d ,,,中必有一个为0 B ．a ，b ，c ，d 中必有一个为1 C ．若x S ∈且1xy =，则y S ∈ D ．{},,x y z S ∃⊆，使得22,x y y z ==【答案】BCD【分析】根据（1）（2）得到0S ∉，1S ∈，A 错误，B 正确；再分1a =，1a ≠，两种情况，经过推理得到C 正确；在C 选项的分析基础上，得到若1a ≠，此时求出{}1,1,i,i S =--，{}i,1,1S ∃-⊆，使得22,x y y z ==，若1a =，推理出,,b c d 中至少有2个相同，这与集合中元素的互异性矛盾，得到D 正确.【详解】由（1）得：数集S 中必有1或0，由（2）得：0S ∉，故1S ∈，A 错误，B 正确；由（1）知：abcd S ∈，故abcd 等于a b c d ,,,中的一个，不妨设abcd a =，因为0S ∉，所以0a ≠，故1bcd =，下面证明C 正确，因为x S ∈，若x b =，则y cd =，由（1）知：y cd S =∈，满足要求，同理若x c =，则y bd S =∈，满足要求，若x d =，则y bc S =∈，满足要求，若x a =，因为1S ∈，若1a =，则1y S =∈，满足要求，若1a ≠，则,,b c d 中某个等于1，不妨设1b =，由1bcd =得1cd =，由（1）知：ac S ∈，又因为1a ≠，1c ≠，所以ac a ≠，ac c ≠，故ac d =，同理可得ad c =，所以相乘得ab ad dc ⋅=，解得：21a =，因为1a ≠，所以1a =-，故取1y S =-∈，满足要求，综上：若x S ∈且1xy =，则y S ∈，C 正确；下面证明D 正确；由（1）知：abcd S ∈，故abcd 等于a b c d ,,,中的一个，不妨设abcd a =，因为0S ∉，所以0a ≠，故1bcd =，若1a ≠，则1abcd ≠，因为,,b c d 中某个等于1，不妨设1b =，由1bcd =得1cd =，根据C 选项的分析可知：ac d =，ad c =，1a =-，则d c -=，故21cd d =-=，故i d =，i c =-，若i d =-，i c =，此时{}1,1,i,i S =--，{}i,1,1S ∃-⊆，使得22,x y y z ==，D 正确；若1a =，则1abcd =，1bcd a ==，由（1）知：cd S ∈，若1cd a ==，则b bcd a ==，不可能，若cd c =，则1d a ==，不可能，若cd d =，则1c a ==，不可能，所以cd b =，故2b bcd a ==，同理可得：22,c a d a ==，因为a 的平方根有且只有2个，所以,,b c d 中至少有2个相同，这与集合中元素的互异性矛盾，故不存在1a =即1abcd =的情况，故{},,x y z S ∃⊆，使得22,x y y z ==，D 正确. 故选：BCD【点睛】关键点点睛：集合新定义问题，命题新颖，且存在知识点交叉，常常会和函数的性质，包括单调性，值域等进行结合，很好的考虑了知识迁移，综合运用能力，对于此类问题，一定要解读出题干中的信息，正确理解问题的本质，转化为熟悉的问题来进行解决.三、填空题13．已知3a =，5b =且,45a b =，则a 在b 上的投影向量为__________．【分析】由投影向量的计算公式即可求解. 【详解】因为3a =，5b =且,45a b =，则a 在b 上的投影向量为232cos 4532510b b a b b=⨯⨯=，. 14．定义在R 上的函数()f x 满足：()()f x f x -=，若曲线()y f x =在1x=-处的切线方程为30x y -+=，则该曲线在1x =处的切线方程为___________.【答案】30x y +-=【分析】依题意可得()12f -=且()11f '-=，又()f x 为偶函数，即可求出()1f ，再对()()f x f x -=两边求导，即可求出()1f '，从而求出切线方程.【详解】解：因为曲线()y f x =在1x=-处的切线方程为30x y -+=，所以()12f -=，且()11f '-=，又()()f x f x -=，所以()f x 为偶函数，则()()112f f =-=，对()()f x f x -=两边求导可得()()f x f x ''--=，所以()()111f f ''=--=-，所以该曲线在1x =处的切线方程为()211y x -=--，即30x y +-=. 故答案为：30x y +-=15．三棱锥-P ABC 中，平面PAC ⊥平面,23,4,30ABC PA PC AB AC BAC ====∠=.若三棱锥-P ABC 的四个顶点都在同一球面上，则该球的表面积为_________.【答案】18π【详解】试题分析：由题意，得，∵，∴，∴的外接圆直径，设球心为,的中点为,球的半径为,则∴，则有该三棱锥的外接球的半径，∴该三棱锥的外接球的表面积为.【解析】球的体积和表面积.【方法点睛】本题主要考查的是三棱锥的外接球表面积，直线与平面的位置关系，属于中档题，对于本题而言，根据题中条件画出立体几何图形，求出，假设出球心，利用勾股关系，可得外接圆的半径，从而可求该三棱锥的外接球的半径，即可求出三棱锥的外接球表面积,因此确定三棱锥的外接球的半径是解决此类题目的关键.16．已知双曲线C ：22221x y a b -=（0a >，0b >）的左、右焦点分别为1F ，2F ，O 为坐标原点.P 是双曲线在第一象限上的点，直线PO ，2PF 分别交双曲线C 左、右支于M ，N .若122PF PF =，且260MF N ︒∠=，则双曲线C 的离心率为________.【答案】【分析】由122PF PF =和122PF PF a -=计算可得14PF a =，22PF a =，易得12FO F O =，PO MO =，可得出四边形12PF MF 为平行四边形，又得1260F PF ︒∠=，在三角形12PF F 中利用余弦定理计算得出3c a =，最后可得出离心率. 【详解】由题122PF PF =，①由双曲线的定义可得，122PF PF a -=，②由①②可得14PF a =，22PF a =，又12FO F O =，PO MO =，所以四边形12PF MF 为平行四边形，又260MF N ︒∠=，可得1260F PF ︒∠=，在三角形12PF F 中，由余弦定理可得2224164242cos60c a a a a ︒⋅⋅⋅=+-，即2224208c a a =-，223c a =，可得3c a =，所以3==ce a. 故答案为：3.【点睛】本题考查双曲线离心率的计算，考查逻辑思维能力和运算求解能力，属于常考题.四、解答题17．已知正项数列{an }的前n 项和为Sn ，且a 1＝1，21n a +＝Sn ＋1＋Sn .（1）求{an }的通项公式；（2）设212n an n b a -=⋅，求数列{bn }的前n 项和Tn .【答案】（1）()n a n n N +=∈ ；（2）1(23)26n n T n +=-⋅+.【分析】（1）由11,1,2n n n S n a S S n -=⎧=⎨-≥⎩，结合递推式21n a +＝Sn ＋1＋Sn 即可求解.（2）由n b =(2n －1)·2n ，利用错位相减法求和即可. 【详解】解：（1）由21n a +＝Sn ＋1＋Sn ① 所以当n ≥2时，2n a ＝Sn ＋Sn －1，②①－②得21n a +－2n a ＝an ＋1＋an ，即(an ＋1＋an )(an ＋1－an )＝an ＋1＋an ，因为an >0，所以an ＋1－an ＝1，所以数列{an }从第二项起，是公差为1的等差数列．由①知22a ＝S 2＋S 1，因为a 1＝1，所以a 2＝2，所以当n ≥2时，an ＝2＋(n －2)×1，即an ＝n .③ 又因为a 1＝1也满足③式，所以an ＝n (n ∈N *)．（2）由（1）得212n an n b a -=⋅＝(2n －1)·2n ，则Tn ＝2＋3·22＋5·23＋…＋(2n －1)·2n ，④ 2Tn ＝22＋3·23＋…＋(2n －3)·2n ＋(2n －1)·2n ＋1，⑤ ④－⑤得－T n ＝2＋2×22＋…＋2×2n －(2n －1)·2n ＋1，所以－Tn ＝2＋()3121212n ---－(2n －1)·2n ＋1，故Tn ＝(2n －3)·2n ＋1＋6.【点睛】本题主要考查了数列前n 项和n S 与n a 的关系，错位相减法求和，以及由递推关系求通项，属于难题.18．ABC 中，设角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c sin cos B b A b -=. (1)求A 的大小；(2)若ABC 的周长等于3，求ABC 的面积的最大值. 【答案】(1)π3【分析】（1）由正弦定理和三角函数恒等变换公式对原式变形化简可得π1sin 62A ⎛⎫-= ⎪⎝⎭，再结合角A的范围，可求出角A 的值，（2）由余弦定理结合基本不等式可得1bc ≤，然后利用三角形的面积公式可求出ABC 面积的最大值.【详解】（1sin cos B b A b -=，sin sin cos sin A B B A B -=，又sin 0B ≠cos 1A A -=，11cos 22A A -=，即π1sin 62A ⎛⎫-= ⎪⎝⎭.因为()0,πA ∈，ππ5π,666A ⎛⎫-∈- ⎪⎝⎭，所以ππ66A -=，即π3A =.（2）解：在ABC 中，由余弦定理得2222cos a b c bc A =+-，即222a b c bc =+-①，又3a b c ++=，所以3a b c =--，代入①得222(3)b c b c bc --=+-，整理得6639b c bc +=+，又因为2b c bc +≥，当且仅当b c =时取等号，因为3b c +<，所以32bc <，所以430bc bc -+≥，解得1bc ≤或3bc ≥（舍去），故1bc ≤，故ABC 的面积133sin 244S bc A bc ==≤，当且仅当1b c ==时取等号，所以ABC 面积的最大值为34. 19．在直角梯形ABCD 中，AD //BC ，2222,90BC AD AB ABC ︒===∠=，如图把ABD △沿BD 翻折，使得平面ABD ⊥平面BCD .(1)若点M 为线段BC 中点，求点M 到平面ACD 的距离；(2)在线段BC 上是否存在点N ，使得AN 与平面ACD 所成角为60？若存在，求出BNBC的值；若不存在，说明理由. 【答案】2 (2)14【分析】（1）以D 为原点，建立空间直角坐标系，利用点到面的向量距离公式求解；（2）由（1）中已经求出的平面ACD 的法向量，设出N 的坐标，写出AN ，利用线面角的向量公式列式计算即可.【详解】（1）由已知条件可得2,2,BD CD ==CD BD ⊥．由平面ABD ⊥平面BCD ，平面ABD ⋂平面BCD BD =，CD ⊂平面BCD ，根据面面垂直的性质定理，故CD ⊥平面ABD ．过点D 在平面ABD 作Dz DB ⊥，则Dz DC ⊥．以点D 为原点，BD 所在的直线为x 轴，DC 所在的直线为y 轴，建立空间直角坐标系如图所示：由已知可得(1,0,1),(2,0,0),(0,2,0),(0,0,0),A B C D (1,1,0)M ．则(0,2,0)CD =-，(1,0,1)AD =--，(1,1,0)MC =-.设平面ACD 的法向量为(,,)n x y z =，则,CD n AD n ⊥⊥，0,0,y x z =⎧⎨+=⎩，令1x =，得平面ACD 的一个法向量为(1,0,1)n =-，于是点M 到平面ACD 的距离22n MC d MC⋅==．（2）假设在线段BC 上存在点N ，使得AN 与平面ACD 所成角为60．设,01BN BC λλ=<<，则(22,2,0)N λλ-，(12,2,1)AN λλ=--，又平面ACD 的法向量(1,0,1)n =-且直线AN 与平面ACD 所成角为60︒，∴221213sin 60221(12)4AN nAN n λλλ⋅-+===⋅+-+28210λλ+-=， ∴1142λλ==-或（舍去）．综上，在线段BC 上存在点N ，使AN 与平面ACD 所成角为60︒，此时14=BN BC ． 20．甲、乙两支足球队将进行某赛事的决赛.其赛程规则为：每一场比赛均须决出胜负，若在规定时间内踢成平局，则双方以踢点球的方式决出胜负.按主、客场制先进行两场比赛，若某一队在前两场比赛中均取得胜利，则该队获得冠军；否则，需在中立场进行第三场比赛，其获胜方为冠军.假定甲队在主场获胜的概率为12，在客场获胜的概率为13，在第三场比赛中获胜的概率为25，且每场比赛的胜负相互独立.(1)已知甲队获得冠军，求决赛需进行三场比赛的概率；(2)比赛主办方若在决赛的前两场中共投资m （千万元），则能盈利2m（千万元）.如果需进行第三场比赛，且比赛主办方在第三场比赛中投资n （千万元）n .若比赛主办方准备投资一千万元，以决赛总盈利的数学期望为决策依据，则其在前两场的投资额应为多少万元？【答案】(1)15(2)34千万元.【分析】(1)甲获胜，且比赛进行了三场，说明前两场一队赢一场，第三场中立场甲赢； (2)根据总盈利和进行的场次有关，求出总盈利2m，即比赛只需进行两场的概率，再求出总盈利为2m+. 【详解】（1）由于前两场对于比赛双方都是一个主场一个客场，所以不妨设甲队为第一场为主场，第二场为客场，设甲获得冠军时，比赛需进行的场次为X ，则111121(3)11232355P X ⎡⎤⎛⎫⎛⎫==⨯-+-⨯⨯= ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦.（2）由题可得1m n +=，所以[]1,0,1m n n =-∈ 比赛结束需进行的场次即为Y ，则2,3Y =，设决赛总盈利为Z ，则,22m mZ = 11111()(2)11223232m P Z P Y ⎛⎫⎛⎫====⨯+-⨯-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭， 11111((3)11223232m P Z P Y ⎛⎫⎛⎫====⨯-+-⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，所以决赛总盈利为Z 的分步列如下，所以11111()2222222m m E Z m n ⎛=⨯+⨯=+-+ ⎝，所以211()22E Z =-，12=，即14n =时，二次函数211()22E Z =-有最大值为58，所以以决赛总盈利的数学期望为决策依据，则其在前两场的投资额应为13144m =-=千万元.21．已知2EF =，动点C 满足：4FC =且,,E F C 三点共面.线段EC 的垂直平分线为l ，点M 在l 上且FM FC ⊥，P 为线段CF 延长线上的点，且PCM PEM ∠=∠，记P 的轨迹为曲线Γ. (1)求证PE PF FC +=，并建立适当的坐标系，求Γ的方程； (2)判断直线l 与Γ公共点的个数，并说明理由. 【答案】(1)()221043x y y +=≠(2)1个公共点【分析】（1）由待证表达式可以猜想轨迹是椭圆，故可以EF 的中点为原点建立坐标系，结合题干条件，构造全等三角形证明待证表达式，从而易得椭圆的方程；（2）分直线EC 的斜率是否存在作为切入点，此即等价于考虑0x 是否等于1±，写出l 方程后，联立直线l 和椭圆方程，计算判别式进行求解.【详解】（1）以EF 所在的直线为x 轴，EF 的垂直平分线为y 轴，建立平面直角坐标系xOy 如图，在线段FC 上取点Q ，使得PF FQ =，因为MF PQ ⊥，所以MP MQ =，因为M 在EC 的垂直平分线上，所以ME MC =，又因为PEM PCM ∠=∠，所以△MPE 和MQC △全等，所以PE QC =，所以4PE PF FQ QC FC +=+==；又FC EF >，即P 的轨迹是以,E F 为焦点的椭圆，设Γ的方程为()222210x y a b a b+=>> ，则24a FC ==，得2a =，2213b a =-=，又因为当C 在直线EF 上时，点M 不存在，所以τ的方程为()221043x yy +=≠（2）设()00,C x y ，则EC 的中点为001,22x y -⎛⎫⎪⎝⎭，00y ≠. 1°当01x =-时，此时EC ()220014x y -+解得023y =±l 的方程为3y =此时l 与τ恰有一个公共点，和椭圆相切与上顶点（或下顶点）（如图）；2°当01x ≠-时，如图，则EC 的斜率为001y x +，l 的方程为00001122y x x y x y +-⎛⎫-=-- ⎪⎝⎭，整理得：2200000112x x y y x y y +-+=-+，因为()2200116x y -+=，所以l 的方程可化为000017x x y x y y ++=-+，代入22143x y +=得：()()2200217143x x x x y -+++⎡⎤⎣⎦+=，整理得：()()()()2222200000041381747120x y x x x x x y ⎡⎤++-++++-=⎣⎦（＊）由()2200116x y -+=得()2200161y x =--代入“＊”并整理得：()()()()222000078171610x x x x x x +-++++=，由()2200116x y -+=可知，07x ≠-，此时[]22200008(1)(7)416(7)(1)0x x x x ∆=-++-⨯⨯++=，l 与τ恰有一个公共点.综上，l 与τ恰有一个公共点．22．已知()e cos x af x x -=+.(1)若3π2a =，求f （x ）在π3π,22⎡⎤⎢⎥⎣⎦的最大值； (2)若1a ≤，证明：()f x 在(0,)+∞上单调递增. 【答案】(1)1. (2)证明见解析.【分析】（1）求出函数的导数3π2()e sin x f x x -'=-，由此令3π2()e sin x g x x -=-，根据其导数判断()f x '的单调性，进而判断其值的正负，可得()f x 的单调性，进而求得最值;（2）由于要证明()e sin 0x f x x α-'=->在(0,)+∞是恒成立，故根据其结构特征，先证明e 1x x ≥+成立，再证明sin ,0x x x ≥≥成立，利用这两个结论即可证明()e sin 0x f x x α-'=->，从而证明结论.【详解】（1）若3π2a =，则3π2()e cos x f x x -=+，故3π2()e sin x f x x -'=-，令3π2()e sin x g x x -=-，则3π2()e cos 0x g x x -'=->在π3π,22⎡⎤⎢⎥⎣⎦上恒成立，故()f x '在 π3π,22⎡⎤⎢⎥⎣⎦上递增，又ππ()e 102f -'=-< ，3π()1102f '=+>，故存在π3π(,)22k ∈，使得()0f k '=，则π[,)2x k ∈时，()0f x '<，3π(,]2x k ∈时，()0f x '>，故()f x 在π[,)2k 递减，在3π(,]2k 递增，故max π3π()=max{()()}22f x f f ，，又ππ()e 2f -= ，π3π()1e 2f -=> ，故()f x 在π3π,22⎡⎤⎢⎥⎣⎦的最大值为3π()12f =.（2）先证明e 1x x ≥+成立，再证明sin ,0x x x ≥≥成立．令()()e 1xh x x =-+，则()e 1x h x '=- ，当0x >时，()0h x '> ，当0x <时，()0h x '< ，所以()h x 在(0,)+∞上单调递增，在(,0)-∞上单调递减，所以()()min 00h x h ==，所以()0h x ≥ ，即e 1x x ≥+恒成立．令()sin ,(0)x x m x x =-≥，则()1cos 0m x x '=-≥，仅在0x =时取等号，所以()m x 在[0,)+∞上单调递增，所以()()00m x m ≥= ，即sin ,0x x x ≥≥成立，所以()()()()e sin 1sin sin 1x f x x x a x x x a α-'=-≥-+-=-+-，由于sin 0,0x x x -≥≥，当0x >时，sin 0x x ->，而1a ≤，则10a -≥ ，故0fx，所以()f x 在(0,)+∞上单调递增．【点睛】关键点点睛：利用导数证明()f x 在(0,)+∞上单调递增，即要证明其导数在(0,)+∞上大于或等于0恒成立，求出导数()e sin x f x x α-'=-后，关键在于根据其结构特征，构造函数证明e 1x x ≥+成立，再证明sin ,0x x x ≥≥成立，从而利用这两个结论，证明()e sin 0x f x x α-'=->成立.。

2022年最新京改版九年级数学下册第二十六章综合运用数学知识解决实际问题专项训练试卷(精选含答案)

第二十六章综合运用数学知识解决实际问题专项训练考试时间：90分钟；命题人：数学教研组考生注意：1、本卷分第I卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，满分100分，考试时间90分钟2、答卷前，考生务必用0.5毫米黑色签字笔将自己的姓名、班级填写在试卷规定位置上3、答案必须写在试卷各个题目指定区域内相应的位置，如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新的答案；不准使用涂改液、胶带纸、修正带，不按以上要求作答的答案无效。

第I卷（选择题 30分）一、单选题（10小题，每小题3分，共计30分）1、任意掷一枚骰子，下列情况出现的可能性比较大的是( )A．面朝上的点数是6 B．面朝上的点数是偶数C．面朝上的点数大于2 D．面朝上的点数小于22、一个密闭不透明的盒子里有若干个白球，在不允许将球倒出来的情况下，为估计白球的个数，小刚向其中放入8个黑球，摇匀后从中随机摸出一个球记下颜色，再把它放回盒中，不断重复，共摸球400次，其中88次摸到黑球，估计盒中大约有白球（）A．42个B．36个C．30个D．28个3、纳米技术和纳米材料的应用几乎涉及各个领域，纳米指的是( )A．长度单位B．面积单位C．体积单位D．以上都不对4、根据《居民家庭亲子阅读消费调查报告》中的相关数据制成扇形统计图，由图可知，下列说法错．误．的是（）A．扇形统计图能反映各部分在总体中所占的百分比B．每天阅读30分钟以上的居民家庭孩子超过50%C．每天阅读1小时以上的居民家庭孩子占20%D．每天阅读30分钟至1小时的居民家庭孩子对应扇形的圆心角是108°5、对于题目：“如图1，平面上，正方形内有一长为12、宽为6的矩形，它可以在正方形的内部及边界通过移转（即平移或旋转）的方式，自由地从横放移转到竖放，求正方形边长的最小整数n.”甲、乙、丙作了自认为边长最小的正方形，先求出该边长x，再取最小整数n．n=．甲：如图2，思路是当x为矩形对角线长时就可移转过去；结果取13乙：如图3，思路是当x为矩形外接圆直径长时就可移转过去；结果取n＝14．n=．丙：如图4，思路是当x倍时就可移转过去；结果取13下列正确的是（）A．甲的思路错，他的n值对B．乙的思路和他的n值都对C．甲和丙的n值都对D．甲、乙的思路都错，而丙的思路对6、郑州市某校建立了一个学生身份识别系统．利用图1的二维码可以进行身份识别，图2是某个学生的识别图案，黑色小正方形表示1，白色小正方形表示0．将第一行数字从左到右依次记为a，b，c，d，那么可以转换为该生所在班级序号，其序号为a×23+b×22+c×21+d×20，如图2第一行数字从左到右依次为0，1，0，1，序号为0×23+1×22+0×21+1×20＝5，表示该生为5班学生，请问，表示4班学生的识别图案是（）A．B．C．D．7、小菁同学在数学实践活动课中测量路灯的高度．如图，已知她的目高AB为1.5米，她先站在A处看路灯顶端O的仰角为35°，再往前走3米站在C处，看路灯顶端O的仰角为65°，则路灯顶端O 到地面的距离约为（已知sin35°≈0.6，cos35°≈0.8，tan35°≈0.7，sin65°≈0.9，cos65°≈0.4，tan65°≈2.1）（）A．3.2米B．3.9米C．4.7米D．5.4米8、已知14a a +=，则331a a +=（） A ．64 B ．52 C ．24 D ．169、设三位数n abc =，若,,a b c 为三条边的长可以构成一个等腰（含等边）三角形，这样的三位数n 有（）个．A ．126B ．144C ．165D ．17410、用0，1，2，3，4，5六个数字组成无重复数字的四位数中有（）个四位偶数．A ．96B ．156C ．180D ．216第Ⅱ卷（非选择题 70分）二、填空题（5小题，每小题4分，共计20分）1、如图，正方形ABCD 的边长为3cm ，以直线AB 为轴，将正方形旋转一周，所得几何体的体积为__cm 3．（结果保留π）2、若不等式：()21220a x ax -++≥对任意的011a ≤≤成立，则实数x 的取值范围_____．3、某农户2008年的年收入为5万元，由于党的惠农政策的落实，2010年年收入增加到7.2万元，则平均每年的增长率是 ▲____．4、勘测队按实际需要构建了平面直角坐标系，并标示了A ，B ，C 三地的坐标，数据如图（单位：km ）．笔直铁路经过A ，B 两地．（1）A ，B 间的距离为______km ；（2）计划修一条从C 到铁路AB 的最短公路l ，并在l 上建一个维修站D ，使D 到A ，C 的距离相等，则C ，D 间的距离为______km ．5、记函数y 在x 处的值为()f x （如函数2y x 也可记为2()f x x =，当1x =时的函数值可记为(1)1)f =．已知()||x f x x =，若a b c >>且0,0a b c b ++=≠，则()()()f a f b f c ++的所有可能值为_______________．三、解答题（5小题，每小题10分，共计50分）1、如图，A 和B 两个小机器人，自甲处同时出发相背而行，绕直径为整数米的圆周上运动，15分钟内相遇7次，如果A 的速度每分钟增加6米，则A 和B 在15分钟内相遇9次，问圆周直径至多是多少米？至少是多少米？（取π=3.14）2、综合性学习小组设计了如图1所示四种车轮，车轮中心的初始位置在同一高度，现将每种车轮在水平面上进行无滑动．．．滚动，若某个车轮中心的运动轨迹如图2所示，请利用刻度尺、量角器等合适的工具作出判断，该轨迹对应的车轮是（ )3、据统计资料，甲､乙两种农作物的单位面积产量的比是1：2，现要把一块长为200m，宽100m的长方形土地分为两部分，分别种植这两种农作物，使甲､乙两种农作物的总产量的比是3：10．(1)若将原长方形土地分成两部分，其中一种分为长方形，请你在图(1)中设计一种分割方案，在图(1)中画出，并通过计算说明；(2)若将原长方形土地分成两部分，其中一种分为三角形，请你在图(2)中设计一种分割方案，在图(2)中画出，并通过计算说明．4、华书店开学第一周卖出学生用书720本，第二周比第一周少卖16，两周共卖出学生用书多少本？5、如图，在亚丁湾一海域执行护航任务的我海军某军舰由东向西行驶．在航行到B处时，发现灯塔A在我军舰的正北方向500米处；当该军舰从B处向正西方向行驶至达C处时，发现灯塔A在我军舰的北偏东60°的方向．求该军舰行驶的路程．（计算过程和结果均不取近似值）-参考答案-一、单选题1、C【分析】根据题意与概率的计算公式，比较四个选项中包含的情况数目，比较可得答案．【详解】解：A ．面朝上的点数为6点的情况为1种；B ．面朝上的点数是偶数的情况为3种；C ．面朝上的点数大于2的情况为4种；D ．面朝上的点数小于2的情况为1种，比较可得：C 包含的情况数目最多，故其概率最大；故选C ．【点睛】可能性大小的比较：只要总情况数目相同，谁包含的情况数目多，谁的可能性就大；反之也成立；若包含的情况相等，那么它们的可能性就相等．2、D【详解】试题解析：设盒子里有白球x 个，根据黑球个数摸到黑球的次数＝黑白球总数摸球总次数得： 8888400x =+ 解得：x=28．经检验得x=28是方程的解．答：盒中大约有白球28个．故选D ．3、A【解析】【分析】根据长度单位的定义可知纳米指的是长度单位．【详解】解：纳米指的是长度单位，故选A.【点睛】此题考查了长度单位，熟记长度单位的定义是解题的关键．4、C【分析】根据扇形统计图中的百分比的意义逐一判断即可得．【详解】解：A．扇形统计图能反映各部分在总体中所占的百分比，此选项正确；B．每天阅读30分钟以上的居民家庭孩子的百分比为140%60%-=，超过50%，此选项正确；C.每天阅读1小时以上的居民家庭孩子占30%，此选项错误；︒⨯---=︒，D.每天阅读30分钟至1小时的居民家庭孩子对应扇形的圆心角是360(140%10%20%)108此选项正确；故选C．【点睛】本题主要考查扇形统计图，扇形统计图是用整个圆表示总数用圆内各个扇形的大小表示各部分数量占总数的百分数．5、B【分析】根据矩形的性质和勾股定理求出矩形的对角线长，即可判断甲和乙，丙中图示情况不是最长．【详解】甲的思路正确，长方形对角线最长，只要对角线能通过就可以，但是计算错误，应为n==乙的思路与计算都正确，n=丙的思路与计算都错误，图示情况不是最长，n=（12+6故选B．【点睛】本题考查了矩形的性质与旋转的性质，熟练运用矩形的性质是解题的关键．6、C【分析】仿照二维码转换的方法求出所求即可．【详解】解：根据题意得：0×23+1×22+0×21+0×20＝4，则表示4班学生的识别图案是选项C.故选C．【点睛】本题考查用数字表示事件，零指数幂，弄清题中的转换方法是解题的关键．7、C【分析】过点O作OE⊥AC于点F，延长BD交OE于点F，设DF＝x，根据锐角三角函数的定义表示OF的长度，然后列出方程求出x的值即可求出答案．【详解】解：过点O作OE⊥AC于点F，延长BD交OE于点F，设DF＝x，∵tan65°＝OF DF，∴OF＝x tan65°，∴BF＝3+x，∵tan35°＝OF BF，∴OF＝（3+x）tan35°，∴2.1x＝0.7（3+x），∴x＝1.5，∴OF＝1.5×2.1＝3.15，∴OE＝3.15+1.5＝4.65，故选：C．【点睛】本题考查了锐角三角函数解直角三角形的应用，根据题意构建直角三角形是解本题的关键．8、B【分析】将14aa+=两边平方，得到22114aa+=，再将331aa+运用立方差公式变形，把14aa+=和22114aa+=代入即可求值.【详解】解：∵14a a+=， ∴221216a a ++=， ∴22114a a +=， ∴32321111a a a a a a ⎛⎫⎛⎫+=++- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭=4×13=52.故选B.【点睛】本题考查了代数式求值，解题的关键是掌握立方差公式，难度不大.9、C【分析】先考虑等边三角形情况，则a=b=c=1，2，3，4，5，6，7，8，9，此时n 有9个，再考虑等腰三角形情况，若a ，b 是腰，则a=b ，列举出所有的情况，注意去掉不能构成三角形的结果，交换腰和底的位置，求和得到结果．【详解】解：由题意知以a 、b 、c 为三条边的长可以构成一个等腰（含等边）三角形，先考虑等边三角形情况，则a=b=c=1，2，3，4，5，6，7，8，9，此时n 有9个，再考虑等腰三角形情况，若a ，b 是腰，则a=b ，当a=b=1时，c ＜a+b=2，则c=1，与等边三角形情况重复；当a=b=2时，c ＜4，则c=1，3（c=2的情况等边三角形已经讨论了），此时n 有2个；当a=b=3时，c ＜6，则c=1，2，4，5，此时n 有4个；当a=b=4时，c＜8，则c=1，2，3，5，6，7，有6个；当a=b=5时，c＜10，有c=1，2，3，4，6，7，8，9，有8个；由加法原理知n有2+4+6+8+8+8+8+8=52个同理，若a，c是腰时，c也有52个，b，c是腰时也有52个所以n共有9+3×52=165个．故选：C．【点睛】本题考查了整数问题的综合运用，解答本题的关键是根据所给的条件不重不漏的列举出所有的结果，注意数字要首先能够构成三角形，即满足两边之和大于第三边．10、B【分析】无重复数字的四位偶数包含个位是0和个位是2或4的两种情况，由此能得出无重复数字的四位偶数的个数．【详解】解：无重复数字的四位偶数个位是0的有3560A=个，个位是2或4的共有11224496C C A⨯⨯=个，∴无重复数字的四位偶数共有60+96=156个，故选：B．【点睛】本题考查了分类分步计数法的综合运用，考查了学习综合分析，分类讨论的能力，属于中档题．二、填空题1、27π【详解】正方形ABCD的边长为3cm，以直线AB为轴，将正方形旋转一周，所得几何体为底面半径为3，高为3的圆柱体，该圆柱体的体积为：π×32×3=27π3cm ．故答案为：27π．2x ≤≤ 【分析】根据题意设关于a 的函数为()2222y a x x x =++-，从而可得当a=0时，y ＞0，且a=1 时y ＞0时，解出x 的取值范围即可.【详解】解：由题意可得：∵()21220a x ax -++≥对任意的011a ≤≤成立，设()2222y a x x x =++-，∴a=0时，y≥0，且a=11时， y≥0，∴即()2222011220x x x x ⎧-≥⎪⎨++-≥⎪⎩，x ≤≤则实数x x ≤≤【点睛】本题考查了不等式恒成立问题的解法，注意构造函数，运用函数增减性解决问题.3、20%【分析】通过理解题意可知本题的等量关系，即2008年的收入×（1+增长率）2=2010年的收入，根据这个等量关系，可列出方程，再求解．【详解】解：设平均每年的增长率是x，则：5（1+x）2=7.2，即1+x=±1.2，解c：x1=0.2或x2=-2.2（不合题意，应舍去）．答：平均每年的增长率是20%．点评：本题考查了一元二次方程应用中求平均变化率的方法．若设变化前的量为a，变化后的量为b，平均变化率为x，则经过两次变化后的数量关系为a（1±x）2=b．4、20 13【分析】（1）由垂线段最短以及根据两点的纵坐标相同即可求出AB的长度；（2）根据A、B、C三点的坐标可求出CE与AE的长度，设CD=x，根据勾股定理即可求出x的值．【详解】（1）由A、B两点的纵坐标相同可知：AB∥x轴，∴AB=12﹣（﹣8）=20；（2）过点C作l⊥AB于点E，连接AC，作AC的垂直平分线交直线l于点D，由（1）可知：CE=1﹣（﹣17）=18，AE=12，设CD=x，∴AD=CD=x，由勾股定理可知：x2=（18﹣x）2+122，∴解得：x=13，∴CD=13．故答案为（1）20；（2）13．【点睛】本题考查了勾股定理，解题的关键是根据A 、B 、C 三点的坐标求出相关线段的长度，本题属于中等题型．5、1或-1【分析】直接利用已知分别利用当a ＞0，b ＜0，c ＜0时，以及当a ＞0，b ＞0，c ＜0时，分析得出答案．【详解】解：a b c >>且0a b c ++=，0b ≠，∴存在两种可能：0a >，0b <，0c <或0a >，0b >，0c <，()||x f x x =， ∴当0a >，0b <，0c <时，f （a ）f +（b ）f +（c ）||||||a b c a b c =++ 111=--1=-；∴当0a >，0b >，0c <时，f （a ）f +（b ）f +（c ）||||||a b c a b c =++ 111=+-1=；综上所述：f （a ）f +（b ）f +（c ）的所有可能值为1或1-．故答案为：1或1-．【点睛】此题主要考查了二次函数的性质，正确分类讨论是解题关键．三、解答题1、圆周直径至多是28米，至少是10米【解析】试题分析：行程中的相遇问题，从小学开始就是重要的应用题型，属基本题型．其中路程、时间与速度的关系是基本知识．试题解析：由于圆的直径为D ，则圆周长为πD．设A 和B 的速度和是每分钟v 米，一次相遇所用的时间为分；他们15分钟内相遇7次，用数学语言可以描述为如果A 的速度每分钟增加6米，A 加速后的两个机器人的速度和是每分钟（v+6）米，则A 和B 在15分钟内相遇9次，用数学语言可以描述为本题不是列方程，而是列不等式来描述题设的数量关系，这对一般学生可能比较生疏，体现了基本技能的灵活性．由①，得，由②，得上面两式相加，则有，28.6624＞D ＞9.55414，29＞D ＞9．已知“圆的直径为整数米”，所以，圆周直径至多是28米，至少是10米．点睛：将行程问题与不等式的整数解联系起来，使行程问题的老题型有了新意，运算与表达难度对初一学生适中，可以综合考查学生的数学素养与数学能力．解决本题的关键在于基本技能的综合运用．2、B【分析】根据车轮中心在运动过程中中心位置的变化情况判断即可.【详解】解：圆的中心在运动过程中位置始终不变，正方形中心的变化每90︒循环一次，五边形中心的变化每108︒循环一次，六边形中心的变化每120︒循环一次，用量角器量得图2中一个弧所对的圆心角为90︒，故该轨迹对应的车轮为正方形的.故答案为B【点睛】本题考查了图形中心的运动轨迹问题，正确理解图形中心的变化规律是解题的关键.3、（1）见解析；（2）见解析【分析】（1）如图1，把矩形沿EF 划分为两个矩形，在矩形ABFE 上种植甲种农作物，在矩形EFCD 上种植乙种农作物，设AE=xm ，DE=ym ，列出方程求解即可；（2）如图2，把矩形沿AE 划分为一个三角形ABE 和一个梯形AECD ，在三角形ABE 上种植甲种农作物，在梯形AECD 上种植乙种农作物，设BE=xm ，EC=ym ，列出方程求解即可．【详解】解：（1）如图1，把矩形沿EF 划分为两个矩形，在矩形ABFE 上种植甲种农作物，在矩形EFCD 上种植乙种农作物，设AE=xm ，DE=ym ，则()()2001100x :2100y 3:10x y +=⎧⎨⨯⨯=⎩化简，得：20053x y x y+=⎧⎨=⎩解得75125x y =⎧⎨=⎩ 分割方案：沿图中线段EF 分割，使AE=75m ，ED=125m ，在矩形ABFE 上种植甲种农作物，在矩形EFCD 上种植乙种农作物，；（2）如图2，把矩形沿AE 划分为一个三角形ABE 和一个梯形AECD ，在三角形ABE 上种植甲种农作物，在梯形AECD 上种植乙种农作物，设BE=xm ，EC=ym ，则()200y 200100)11100x :23:1022x y +=⎧⎪⎛⎫+⨯⎨⎛⎫⨯⨯⨯= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎩ 化简，得：20053600x y x y +=⎧⎨=+⎩解得15050x y =⎧⎨=⎩ 分割方案：沿图中线段AE 分割，使BE=150m ，EC=50m ，在三角形ABE 上种植甲种农作物，在梯形AECD 上种植乙种农作物．【点睛】此题主要考查了应用作图与设计，根据题意得出种植甲、乙作物的面积是解题关键．4、1320【分析】由题可知第二周卖的书是第一周卖的（1-16）=56 ，所以两周共卖书为两周卖的书加起来即可．【详解】解：由题可得，172017206⎛⎫⨯-+⎪⎝⎭=600+720=1320（本）答：两周共卖出学生用书1320本．5、该军舰行驶的路程为．【分析】易得∠A的度数为60°，利用60°正切值可得BC的值．【详解】如图，∵CE∥AB，∴∠ECB=90°∴∠A=∠ECA=60°，．答：该军舰行驶的路程为．【点睛】考查解直角三角形的应用；用∠A的正切值表示出所求线段长是解决本题的关键．。

有限元分析简介

有限元软件ansys简介有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。

所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。

一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。

想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。

由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，ANSYS 软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各界好评。

使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。

ANSYS 软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。

该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS 参数设计语言扩展宏命令功能。

有限元分析有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。