2019年考研数学模拟试题(含标准答案)
2019考研数学模拟考试题目(含参考答案)
2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________ 考号:__________一、解答题1.证明:无穷积分敛散性的比较判别法的极限形式,即节第六节定理2.证明:如果|()|lim 0()x f x g x ρ→+∞=≠,那么对于ε(使0ρε->),存在x 0,当0x x ≥时 |()|0()f xg x ρερε<-<<+ 即 ()()|()|()()g x f x g x ρερε-<<+ 成立,显然()d a g x x +∞⎰与|()|d af x x +∞⎰同进收敛或发散. 如果0ρ=,则有|()|()f xg x ε<, 显然()d a g x x +∞⎰收敛, 则|()|d a f x x +∞⎰亦收敛. 如果ρ=+∞,则有|()|()()f x g x ρε>-,显然()d a g x x +∞⎰发散,则|()|d a f x x +∞⎰亦发散.习题五2.求下列欧拉方程的通解:2(1)0x y xy y '''+-=解:作变换e tx =,即t =ln x ,原方程变为 (1)0D D y Dy y -+-= 即 22d 0d y y t-= 特征方程为 210r -=121,1r r =-=故 12121e e t t y c c c c x x-=+=+. 23(2)4x y xy y x '''+-=.解:设e t x =,则原方程化为3(1)4e t D D y Dy y -+-=232d 4e d t y y t-= ① 特征方程为 240r -=122,2r r =-=故①所对应齐次方程的通解为2212e e t t y c c -=+又设*3e t y A =为①的特解,代入①化简得941A A -=15A =, *31e 5t y = 故 223223121211e e e .55t t t y c c c x c x x --=++=++3.求下列函数的微分:⑴ e x y x =; ⑵ ln x y x=; ⑶y = ⑷ ln tan 5x y =;⑸ 286e x xy x =-; ⑹2(arctan )y x =.解:⑴ d (e )d e (1)d x x y x x x x '==+; ⑵ 221ln ln 1ln d ()d ()d d x x x x xy x x x x x x⋅--'===; ⑶d d (y x x x '==-=; ⑷ ln tan ln tan 21d (5)d (ln 55sec )d tan x x y x x x x '==⋅⋅⋅ ln tan 12ln 55d sin 2x x x=⋅⋅; ⑸ 22d (86e )d [8(1ln )12e ]d x x x x y x x x x x '=-=+-;⑹221d (arctan )]d 2arctan ]d .1y x x x x x '==+⋅+;4.利用四阶泰勒公式,求ln1.2的近似值,并估计误差.。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________考号:__________一、解答题1.计算底面是半径为R 的圆,而垂直于底面一固定直径的所有截面都是等边三角形的立体体积.见图17.(17)解:以底面上的固定直径所在直线为x 轴,过该直径的中点且垂直于x 轴的直线为y 轴,建立平面直角坐标系,则底面圆周的方程为:x 2+y 2=R 2.过区间[-R ,R ]上任意一点x ,且垂直于x 轴的平面截立体的截面为一等边三角形,若设与x 对应的圆周上的点为(x ,y ),则该等边三角形的边长为2y ,故其面积等于A ()x =34()2y 2=3y 2=3()R 2-x 2 ()-R ≤x ≤R 从而该立体的体积为 V =⎠⎛-R R A ()x d x =⎠⎛-R R 3()R 2-x 2d x=433R 3.2.求下列函数在所示点的导数:(1)()sin cos t f t t ⎛⎫= ⎪⎝⎭,在点π4t =; 解:()π4f ⎛⎫⎪'= ⎝ (2)()22,x y g x y x y +⎛⎫= ⎪ ⎪+⎝⎭,在点()(),1,2x y =;解:()111,224g ⎛⎫= ⎪⎝⎭(3)sin cos u v u T u v v v ⎛⎫⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭,在点π1u v ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭;解:1010101T -⎛⎫⎛⎫ ⎪'=- ⎪ ⎪π⎝⎭ ⎪⎝⎭(4)2222232u x y v x x y w x y y ⎧=-⎪=-⎨⎪=-⎩在点()3,2-.解:6266362-⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪--⎝⎭3.当x =0时,下列函数无定义,试定义(0)f 的值,使其在x =0处连续:1tan 2(1)()(2)();1(3)()sin sin ;(4)()(1).x x f x f x x f x x f x x x ====+解:03(1)lim ()2x x x f x →→→=== ∴补充定义3(0),2f =可使函数在x =0处连续. 000tan 22(2)lim ()limlim 2.x x x x x f x xx →→→=== ∴补充定义(0)2,f =可使函数在x =0处连续. 01(3)limsin sin0x x x→= ∴补充定义(0)0,f =可使函数在x =0处连续. 100(4)lim ()lim(1)e xx x f x x →→=+= ∴补充定义(0)e,f =可使函数在x =0处连续.4.设()f x 在[0,1]上连续,且0()1f x ≤≤,证明:至少存在一点[0,1]ξ∈,使()f ξξ=.证:令()()F x f x x =-,则()F x 在[0,1]上连续,且(0)(0)0,(1)(1)10,F f F f =≥=-≤。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案) 学校:__________考号:__________一、解答题1.求由参数式2020sin d cos d t t x u u y u u ⎧=⎪⎨⎪=⎩⎰⎰所确定的函数y 对x 的导数d d y x . 解:222d d cos d cot.d d sin d yy t t t x x tt===2.求面密度为0ρ的均匀半球壳x 2+y 2+z 2=a 2(z ≥0)对于z 轴的转动惯量。
解:222::.xy z D x y a ∑=+≤d d d.sx y x y==22220022222π22000002220034222000()d d d d π()π()42π.()233xy z D a aa a I x y s a x y a r r a a r a d a r a a a r a ∑ρρρθρρπρρ=+===-=-⎡==--⎢⎣⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰3.利用单调有界准则证明下列数列有极限,并求其极限值:1111(1)1,2,; (2)1,1,1,2,.1n n n n x xx n x xn x ++=====+=+ 证: (1)122x =<,不妨设2k x <,则12k x +<=.故对所有正整数n 有2n x <,即数列{}n x 有上界.又1n n n x x x +-=0>,又由2n x <从而10n n x x +->即1n n x x +>, 即数列{}n x 是单调递增的.由极限的单调有界准则知,数列{}n x 有极限.设lim n n x a →∞=,则a =于是22a a =,2,0a a ==(不合题意,舍去),lim 2n n x →∞∴=. (2) 因为110x =>,且111n n nx x x +=++, 所以02n x <<, 即数列有界 又 111111111(1)(1)n n n n n n n n n n x x x x x x x x x x --+---⎛⎫⎛⎫++-=-= ⎪ ⎪++++⎝⎭⎝⎭由110,10n n x x -+>+>知1n n x x +-与1n n x x --同号,从而可推得1n n x x +-与21x x -同号,而 1221131,1,022x x x x ==+=-> 故10n n x x +->, 即1n n x x +>所以数列{}n x 单调递增,由单调有界准则知,{}n x 的极限存在.设lim n n x a →∞=, 则11a a a=++, 解得1122a a +-==(不合题意,舍去). 所以1lim 2n n x →∞+=4.怎样选取a , b 的值,使f (x )在(-∞,+∞)上连续?π1,,e ,0,2(1)()(2)()π,0;sin ,.2xax x x f x f x a x x x b x ⎧+<⎪⎧<⎪==⎨⎨+≥⎩⎪+≥⎪⎩解:(1)()f x 在(,0),(0,)-∞+∞上显然连续,而00lim ()lim(),x x f x a x a ++→→=+= 00lim ()lim e 1,x x x f x --→→== 且(0)f a =, ∴当(0)(0)(0)f f f -+==,即1a =时,()f x 在0x =处连续,所以,当1a =时,()f x 在(,)-∞+∞上连续.。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________ 考号:__________一、解答题1. 确定下列函数的单调区间:(1) 3226187y x x x =---;解:所给函数在定义域(,)-∞+∞内连续、可导,且2612186(1)(3)y x x x x '=--=+-可得函数的两个驻点:121,3x x =-=,在(,1),(1,3),(3,)-∞--+∞内,y '分别取+,–,+号,故知函数在(,1],[3,)-∞-+∞内单调增加,在[1,3]-内单调减少.(2) 82 (0)y x x x=+>; 解: 函数有一个间断点0x =在定义域外,在定义域内处处可导,且282y x '=-,则函数有驻点2x =,在部分区间(0,2]内,0y '<;在[2,)+∞内y '>0,故知函数在[2,)+∞内单调增加,而在(0,2]内单调减少.(3) ln(y x =;解: 函数定义域为(,)-∞+∞,0y '=>,故函数在(,)-∞+∞上单调增加. (4) 3(1)(1)y x x =-+;解: 函数定义域为(,)-∞+∞,22(1)(21)y x x '=+-,则函数有驻点: 11,2x x =-=,在1(,]2-∞内, 0y '<,函数单调减少;在1[,)2+∞内, 0y '>,函数单调增加. (5) e (0,0)n x y x n x -=>≥;解: 函数定义域为[0,)+∞,11e e e ()n x n x x n y nx x x n x -----'=-=-函数的驻点为0,x x n ==,在[0,]n 上0y '>,函数单调增加;在[,]n +∞上0y '<,函数单调减少.(6) sin 2y x x =+;解: 函数定义域为(,)-∞+∞,πsin 2, [π,π], ,2πsin 2, [π,π], .2x x x n n n y x x x n n n ⎧+∈+∈⎪⎪=⎨⎪-∈-∈⎪⎩Z Z 1) 当π[π,π]2x n n ∈+时, 12cos 2y x '=+,则 1π0cos 2[π,π]23y x x n n '≥⇔≥-⇔∈+; πππ0cos 2[π,π]232y x x n n '≤⇔≤-⇔∈++. 2) 当π[π,π]2x n n ∈-时, 12cos 2y x '=-,则 1ππ0cos 2[π,π]226y x x n n '≥⇔≤⇔∈-- 1π0cos 2[π,π]26y x x n n '≤⇔≥⇔∈-. 综上所述,函数单调增加区间为πππ[,] ()223k k k z +∈, 函数单调减少区间为ππππ[,] ()2322k k k z ++∈. (7) 54(2)(21)y x x =-+.解: 函数定义域为(,)-∞+∞.4453345(2)(21)4(2)(21)2(21)(1811)(2)y x x x x x x x '=-++-+⋅=+-- 函数驻点为123111,,2218x x x =-==, 在1(,]2+∞-内, 0y '>,函数单调增加, 在111[,]218-上, 0y '<,函数单调减少, 在11[,2]18上, 0y '>,函数单调增加, 在[2,)+∞内, 0y '>,函数单调增加.故函数的单调区间为: 1(,]2-∞-,111[,]218-,11[,)18+∞.2.求下列函数在所示点的导数:(1)()sin cos t f t t ⎛⎫= ⎪⎝⎭,在点π4t =;。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________考号:__________一、解答题1.试决定曲线y =ax 3+bx 2+cx +d 中的a ,b ,c ,d ,使得x =-2处曲线有水平切线,(1,-10)为拐点,且点(-2,44)在曲线上.解:令f (x )= ax 3+bx 2+cx +d联立f (-2)=44,f ′(-2)=0,f (1)=-10,f ″(1)=0可解得a =1,b =-3,c =-24,d =16.2.利用曲线积分,求下列曲线所围成的图形的面积:(1)星形线x = a cos 3t ,y = a sin 3t ;(2)双纽线r 2 = a 2cos2θ;(3)圆x 2+y 2 = 2ax .解:(1)()()()()()2π3202π2π242222002π202π202π202d sin 3cos d sin 33sin cos d sin 2sin d 43d 1cos 41cos 2163d 1cos 2cos 4cos 2cos 416312π+d cos 2cos 61623π8L A y x a t a t t t a t t t a t t t a t t t a t t t t t a t t t a =-=-⋅-==⋅=--=--+⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ (2)利用极坐标与直角坐标的关系x =r cos θ,y =r sin θ得cos x a =sin y a =从而x d y -y d x =a 2cos2θd θ.于是面积为:[]π24π4π24π4212d d 2cos 2d sin 22L A x y y x a a a θθθ--=⋅-===⎰⎰ (3)圆x 2+y 2=2ax 的参数方程为cos 02πsin x a a y a θθθ=+⎧≤≤⎨=⎩ 故()()[]()2π022π021d d 21d a+acos sin 2d 1cos 2πcos sin LA x y y x a a a a a θθθθθθθ=-=-=+=⋅-⎰⎰⎰3. 设212s gt =,求2d d t s t =. 解:d d s gt t =,故2d 2d t s g t ==.4.讨论下列函数在指定点的连续性与可导性: (1) sin ,0;y x x == 解:因为0,0lim 0x x y y =→==所以此函数在0x =处连续. 又00()(0)sin (0)lim lim 1,0x x f x f x f x x ---→→--'===-- 00()(0)sin (0)lim lim 1,0x x f x f x f x x +++→→-'===- (0)(0)f f -+''≠,故此函数在0x =处不可导. (2) 21sin ,0, 0;0,0,x x y x x x ⎧≠⎪==⎨⎪=⎩ 解:因为201lim sin 0(0),x x y x→==故函数在0x =处连续. 又2001sin ()(0)(0)lim lim 00x x x f x f x y x x →→-'===-,。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案) 学校:__________ 考号:__________一、解答题1.证明:(1) 10lim 0;n n x →∞=⎰ 证明:当102x ≤≤时,0,n n x ≤≤ 于是111200110d (),12n n x x n +≤≤=⋅+⎰⎰ 而111lim ()0,12n n n +→∞⋅=+ 由夹逼准则知:10lim 0.n n x →∞=⎰ (2) π40lim sin d 0.n n x x →∞=⎰证明:由中值定理得π440ππsin d sin (0)sin ,44n n x x ξξ=⋅-=⎰其中π0,4ξ≤≤ 故π40πlim sin d lim sin 0 ( 0sin 1).4n n n n x x ξξ→∞→∞==≤<⎰2.计算下列向量场A 的散度与旋度:(1)()222222,,y z z x x y =+++A ;解:()0,2,,y z z x x y ---(2)()222,,x yz x y z x yz =A ;解:()()()()2222226,,,xy x z y y x z z y x ---(3),,y x z y z z x x y ⎛⎫= ⎪⎝⎭A . 解:111yz zx xy ++,2222221,,y y z z x x xyz z y x z y x ⎛⎫--- ⎪⎝⎭3.试证:方程sin x a x b =+至少有一个不超过a b +的正根,其中0,0a b >>. 证:令()sin f x x a x b =--,则()f x 在[0,]a b +上连续,且 (0)0,()(1sin )0f b f a b a x =-<+=-≥,若()0f a b +=,则a b +就是方程sin x a x b =+的根.若()0f a b +>,则由零点定理得.(0,)a b ξ∃∈+,使()0f ξ=即sin 0a b ξξ--=即sin a b ξξ=+,即ξ是方程sin x a x b =+的根,综上所述,方程sin x a x b =+至少有一个不超过a b +的正根.4.(1) 设1()f x x=,求00()(0);f x x '≠ 解:00021()().x x f x f x x =''==- (2) 设()(1)(2)(),f x x x x x n =--⋅⋅-求(0).f ' 解:00()(0)(0)lim lim(1)(2)()0(1)!x x n f x f f x x x n x n →→-'==--⋅⋅--=-5.设函数2,1,(),1.x x f x ax b x ⎧≤=⎨+>⎩ 为了使函数()f x 在1x =点处连续且可导,,a b 应取什么值?解:因211lim ()lim 1(1)x x f x x f --→→=== 11lim ()lim()x x f x ax b a b ++→→=+=+ 要使()f x 在1x =处连续,则有1,a b += 又211()(1)1(1)lim lim 2,11x x f x f x f x x ---→→--'===-- 111(1)lim lim ,11x x ax b ax a f a x x +++→→+--'===-- 要使()f x 在1x =处可导,则必须(1)(1)f f -+''=,即 2.a =故当2,1a b ==-时,()f x 在1x =处连续且可导.6.求下列函数在0x 处的左、右导数,从而证明函数在0x 处不可导.(1) 03sin ,0,0;,0,x x y x x x ≥⎧==⎨<⎩。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________考号:__________一、解答题1.试决定22(3)y k x =-中的k 的值,使曲线的拐点处的法线通过原点.解:224(3),12(1)y kx x y k x '''=-=- 令0y ''=,解得x =±1,代入原曲线方程得y =4k ,只要k ≠0,可验证(1,4k ),(-1,4k )是曲线的拐点. 18x k y =±'=±,那么拐点处的法线斜率等于18k ,法线方程为18y x k=. 由于(1,4k ),(-1,4k )在此法线上,因此 148k k =±, 得22321, 321k k ==-(舍去) 故 8k==± 2.若π1()1,(arccos )3f y f x'==,求2d d x y x =.解: 22d 11(arccos )(()d d π11(d 344x y f x xx yf x='=⋅-'=== 3.求22224428u x y z x y x y z =+++-+-在点,,,1,1,1,1,1,1(000)()()O A B ---的梯度,并求梯度为零的点. 解:()()()()54,2,8,2,10,6,10,6,10,3,,42-------4.一点沿对数螺线ea r ϕ=运动,它的极径以角速度ω旋转,试求极径变化率. 解: d d d e e .d d d a a r r a a t tϕϕϕωωϕ=⋅=⋅⋅=5.一点沿曲线2cos r a ϕ=运动,它的极径以角速度ω旋转,求这动点的横坐标与纵坐标的变化率.解: 22cos 2cos sin sin 2x a y a a ϕϕϕϕ⎧=⎨==⎩ d d d 22cos (sin )2sin 2,d d d d d d 2cos 22cos .d d d x x a a t t y y a a t tϕϕϕωωϕϕϕϕωωϕϕ=⋅=⋅⋅-⋅=-=⋅=⋅=6.一动点沿抛物线y =x 2运动,它沿x 轴方向的分速度为3 cm ·s -1,求动点在点(2,4)时,沿y 轴的分速度.解: d d d 236.d d d y y x x x t x t=⋅=⋅= 当x =2时,d 6212d y t =⨯= (cm ·s -1).7.国民收入的年增长率为7.1%,若人口的增长率为1.2%,则人均收入年增长率为多少? 解:人均收入年增长率=国民收入的年增长率-人口增长率=7.1%-1.2%=5.9%.习题三8.函数()(2)(1)(1)(2)f x x x x x x =--++的导函数有几个零点?各位于哪个区间内? 解:因为(2)(1)(0)(1)(2)0f f f f f ===-=-=,则分别在[-2,-1],[-1,0],[0,1],[1,2]上应用罗尔定理,有1234(2,1),(1,0),(0,1),(1,2),ξξξξ∈--∈-∈∈使得1234()()()()0f f f f ξξξξ''''====.因此,()f x '至少有4个零点,且分别位于(2,1),(1,0),(0,1),(1,2)---内.9.如果()f x '在[a ,b ]上连续,在(a ,b )内可导且()0,()0,f a f x '''≥>证明:()()f b f a >. 证明:因为()f x '在[a , b ]上连续,在(a ,b )内可导,故在[a ,x ]上应用拉格朗日定理,则(,),()a x a x b ξ∃∈<<,使得()()()0f x f a f x aξ''-''=>-, 于是()()0f x f a ''>≥,故有()()f b f a >。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________ 考号:__________一、解答题1.把长为10m ,宽为6m ,高为5m 的储水池内盛满的水全部抽出,需做多少功?解:如图19,区间[x ,x +d x ]上的一个薄层水,有微体积d V =10·6·d x(19)设水的比重为1,,则将这薄水层吸出池面所作的微功为d w =x ·60g d x =60gx d x .于是将水全部抽出所作功为w =⎠⎛0560gx d x=60g 2x 2⎪⎪5=750g (KJ) .2.证明本章关于梯度的基本性质(1)~(5).证明:略3.一点沿对数螺线e a r ϕ=运动,它的极径以角速度ω旋转,试求极径变化率. 解: d d d e e .d d d a a r r a a t tϕϕϕωωϕ=⋅=⋅⋅=4.计算正弦曲线y =sin x 上点π,12⎛⎫⎪⎝⎭处的曲率. 解:cos ,sin y x y x '''==- . 当π2x =时,0,1y y '''==- ,故 23/2 1.(1)y k y ''=='+5.国民收入的年增长率为7.1%,若人口的增长率为1.2%,则人均收入年增长率为多少? 解:人均收入年增长率=国民收入的年增长率-人口增长率=7.1%-1.2%=5.9%.习题三6.求下列极限问题中,能使用洛必达法则的有( ).⑴ 201sinlim sin x x x x →; ⑵ lim (1)x x k x →+∞+; ⑶ sin lim sin x x x x x→∞-+; ⑷ e e lim .e e x x x x x --→+∞-+ 解:⑴ ∵200111sin2sin cos lim lim sin cos x x x x x x x x x →→-=不存在,(因1sin x ,1cos x 为有界函数) 又2001sin1lim lim sin 0sin x x x x x x x →→==, 故不能使用洛必达法则.⑶ ∵sin 1cos lim lim sin 1cos x x x x x x x x→∞→∞--=++不存在, 而sin 1sin lim lim 1.sin sin 1x x xx x x x x x x →∞→∞--==++ 故不能使用洛必达法则.⑷ ∵e e e e e e lim lim lim e e e e e ex x x x x xx x x x x x x x x ------→+∞→+∞→+∞-+-==+-+ 利用洛必达法则无法求得其极限. 而22e e 1e lim lim 1e e 1e x x xx x xx x ----→+∞→+∞--==++. 故答案选(2).7.证明下列不等式:(1) 当π02x <<时, sin tan 2;x x x +>。
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2019最新考研数学模拟试题(含答案)学校:__________考号:__________一、解答题1.讨论下列广义积分的敛散性:2d (1)(ln )kxx x +∞⎰;解:原式=2122112,1ln(ln )1d(ln ),1(ln )1(ln )1(ln 2),1(ln )11k k kk k x x k x k x k x kk +∞+∞-+∞-+∞-⎧=∞=⎪⎪⎪=∞<=⎨-⎪⎪=>⎪--⎩⎰ 故该广义积分当1k >时收敛;1k ≤时发散.d (2)()()bkaxb a b x >-⎰.解:原式=1100011lim ()()1,1lim ()d()1lim 1ln()b k k b a k a b a k b x b a k k b x b x k k b x εεεεεε+++-----→→-→⎧>⎧⎪⎪=-⎨--⎪-<---=⎪⎨-⎩⎪⎪-=-⎩⎰ 发散,发散, 综上所述,当k <1时,该广义积分收敛,否则发散.2.计算下列向量场A 的散度与旋度: (1)()222222,,y z z x x y =+++A ; 解:()0,2,,y z z x x y --- (2)()222,,x yz x y z x yz =A ;解:()()()()2222226,,,xy x z y y x z z y x --- (3),,y x z yz z x x y ⎛⎫= ⎪⎝⎭A .解:111yz zx xy ++,2222221,,y y z z x x xyz z y x z y x ⎛⎫--- ⎪⎝⎭3.验证函数e sin xy x =满足关系式220y y y '''-+= 证明:e (sin cos )xy x x '=+e (sin cos )e (cos sin )2cos e x x x y x x x x x ''=++-=⋅故222cos e e (2sin 2cos )2e sin 0xxxy y y x x x x '''-+=⋅-++=4.利用泰勒公式求下列极限:⑴ 30sin lim ;x x x x →- ⑵ tan 0e 1lim ;x x x →- (3) 21lim[ln(1)].x x x x →∞-+ 解:⑴ 34sin 0()3!x x x x =-+ 343300[0()]sin 13!lim lim 6x x x x x x x x x x →→--+-∴== ⑵tan 2e 1tan 0(tan )x x x =++tan 200e 11tan 0(tan )1lim lim 1x x x x x x x→→-++-∴== (3) 令1x t=,当x →∞时,0t →,2222022011111lim[2ln(1)]lim[ln(1)]lim{[()]}21()1lim().22x t t t t x x t t o t x t t t t o t t →∞→∞→→-+=-+=--+=-=5.一个水槽长12m ,横截面是等边三角形,其边长为2m ,水以3m 3·min -1的速度注入水槽内,当水深0.5m 时,水面高度上升多快? 解:当水深为h 时,横截面为212s h ==体积为22212V sh '====d d 2d d V hh t t=⋅ 当h =0.5m 时,31d 3m min d Vt-=⋅.故有d 320.5d h t=⋅, 得d d 4h t = (m 3·min -1).6.验证:拉格朗日定理对函数3()2f x x x =+在区间[0,1]上的正确性.验证:因为()f x 在[0,1]上连续,在(0,1)内可导,满足拉格朗日定理的条件. 由(1)(0)()(10)f f f ξ'-=-得2322ξ=+ 解得ξ=,即存在ξ=使得拉格朗日定理的结论成立.7.设21lim51x x mx nx →++=-,求常数m , n 的值. 解:要使21lim51x x mx nx →++=-成立,则21lim()0x x mx n →++=,即10m n ++= 又2112limlim 2511x x x mx n x mm x →→+++==+=- 得3,4m n ==-8.求下列函数图形的拐点及凹或凸的区间:32(1) 535y x x x =-++;解:23103y x x '=-+610y x ''=-,令0y ''=可得53x =. 当53x <时,0y ''<,故曲线在5(,)3-∞内是凸弧; 当53x >时,0y ''>,故曲线在5[,)3+∞内是凹弧. 因此520,327⎛⎫⎪⎝⎭是曲线的唯一拐点.(2) e xy x -=;解:(1)e , e (2)xxy x y x --'''=-=- 令0y ''=,得x =2当x >2时,0y ''>,即曲线在[2,)+∞内是凹的; 当x <2时,0y ''<,即曲线在(,2]-∞内是凸的. 因此(2,2e -2)为唯一的拐点.4(3) (1)e x y x =++;解:324(1)e , e 12(1)0xxy x y x '''=++=++> 故函数的图形在(,)-∞+∞内是凹的,没有拐点. (4) y =ln (x 2+1);解:222222(1), 1(1)x x y y x x -'''==++ 令0y ''=得x =-1或x =1.当-1<x <1时,0y ''>,即曲线在[-1,1]内是凹的.当x >1或x <-1时,0y ''<,即在(,1],[1,)-∞-+∞内曲线是凸的. 因此拐点为(-1,ln2),(1,ln2).arctan (5) e x y =;解:arctan arctan 222112e ,e 1(1)x xx y y x x -'''==++令0y ''=得12x =. 当12x >时,0y ''<,即曲线在1[,)2+∞内是凸的; 当12x <时,0y ''>,即曲线在1(,]2-∞内是凹的, 故有唯一拐点1arctan 21(,e)2. (6) y =x 4(12ln x -7).解:函数y 的定义域为(0,+∞)且在定义域内二阶可导.324(12ln 4),144ln .y x x y x x '''=-=令0y ''=,在(0,+∞),得x =1.当x >1时,0y ''>,即曲线在[1,)+∞内是凹的; 当0<x <1时,0y ''<,即曲线在(0,1]内是凸的, 故有唯一拐点(1,-7).9.试决定22(3)y k x =-中的k 的值,使曲线的拐点处的法线通过原点. 解:224(3),12(1)y kx x y k x '''=-=- 令0y ''=,解得x =±1,代入原曲线方程得y =4k , 只要k ≠0,可验证(1,4k ),(-1,4k )是曲线的拐点.18x k y =±'=±,那么拐点处的法线斜率等于18k ,法线方程为18y x k=. 由于(1,4k ),(-1,4k )在此法线上,因此148k k=±, 得22321, 321k k ==-(舍去)故8k ==±10.证明:(1)120lim 0;nn x →∞=⎰证明:当102x ≤≤时,0,n n x ≤≤于是1112200110d (),12n n x x n +≤≤=⋅+⎰⎰ 而111lim()0,12n n n +→∞⋅=+由夹逼准则知:12lim 0.nn x →∞=⎰(2)π40lim sin d 0.n n x x →∞=⎰证明:由中值定理得π440ππsin d sin (0)sin ,44n n x x ξξ=⋅-=⎰其中π0,4ξ≤≤故π4πlim sin d lim sin 0 ( 0sin 1).4n n n n x x ξξ→∞→∞==≤<⎰11.求下列极限:203ln(12)d (1)lim;xx t tx→+⎰解:原式21222300ln(12)22lim lim ln(12).333x x x x x x →→+==+= 2220020e d (2)lim .e d x t x x tt t t→⎡⎤⎣⎦⎰⎰ 解:原式2222222002e d e e d 1lim2lim2lim2.12e e xxt xt xxx x x t tx x x →→→⋅====+⎰⎰12.设()()f x x a x ϕ=-,其中a 为常数,()x ϕ为连续函数,讨论()f x 在x a =处的可导性. 解:()()()()()lim lim ()()()()()()lim lim ()x a x a x a x a f x f a x a x f a a x a x af x f a a x x f a a x a x a ϕϕϕϕ++--+→→-→→--'===----'===---.故当()0a ϕ=时,()f x 在x a =处可导,且()0f a '= 当()0a ϕ≠时,()f x 在x a =处不可导.13.求下列不定积分,并用求导方法验证其结果正确否:d (1)1e xx+⎰; 解:原式=e d 11de ln(1e ).e (1e )e 1e x x xx x x xx x c ⎛⎫==-++- ⎪++⎝⎭⎰⎰ 验证:e 1(ln(1e ))1.1e 1ex xx xx c '-++=-=++ 所以,结论成立.(2)ln(x x ⎰;解:原式=ln(ln(.x x x x x c -=-验证:ln(ln(x x x x c '⎡⎤=++⎣⎦ln(x =所以,结论成立.2(3)ln(1)d x x +⎰;解:原式=2222ln(1)2d ln(1)22arctan 1x x x x x x x x c x+-=+-+++⎰. 验证:2222222ln(1)2ln(1).ln(1)22arctan 11x x x x x x x x c x x'=++⋅-+=+⎡⎤+-++⎣⎦++ 所以,结论正确.(4)x ;解:原式=9212)arcsin (.232x x x c ++=++验证:921arcsin (232x x '+⎡++⎢⎣211(2)32x =++== 所以,结论正确.(5)sin(ln )d x x ⎰;解: 1sin(ln )d sin(ln )cos(ln )d x x x x x x x x=-⋅⋅⎰⎰sin(ln )cos(ln )sin(ln )d x x x x x x =--⎰所以,原式=().sin(ln )cos(ln )2xc x x +- 验证: ()sin(ln )cos(ln )2x c x x '⎡⎤+-⎢⎥⎣⎦()111sin(ln )cos(ln )cos(ln )sin(ln )22sin(ln ).x x x x x x x x ⎛⎫=+-⋅+⋅ ⎪⎝⎭= 故结论成立.2e (6)d (e 1)xx x x +⎰; 解:原式=1e 1d d d e 1e 1e 11e e 1x x x x xx x x x x x --⎛⎫-=-+=-+ ⎪+++++⎝⎭⎰⎰⎰ ln(1e ).e 1x xxc --=-+++ 验证:22(e 1)e e e ln(1e )(e 1)1e (e 1)e 1x x xx xx x x x x x x c ---'-++--⎡⎤=-=-++⎢⎥++++⎣⎦. 故结论成立.23/2ln (7)d (1)xx x +⎰; 解:原式=1ln d d ln(.x x x c x =-=-++⎰验证:ln(x c '⎤-+⎥⎦2223/223/2(1ln )(1)ln ln .(1)(1)x x x x x x x =++-==++所以,结论成立.sin (8)d 1cos x xx x++⎰;解:原式=2d cos d d tan ln(1cos )1cos 22cos 2x x xx x x x x -=-++⎰⎰⎰tan tan d ln(1cos )22tan ln(1cos )ln(1cos )2tan 2x xx x x xx x x c x x c=--+=++-++=+⎰验证:2221sin sin (tan )tan sec 22221cos 2cos 2cos 22x x x x x x xx c x x x x +'+=+⋅=+=+ 所以,原式成立.(9)()d xf x x ''⎰;解:原式=d ()()()d ()().x f x xf x f x x xf x f x c ''''=-=-+⎰⎰验证:[]()()()().()()f x xf x f x xf x xf x f x c ''''''''=+-=-+ 故结论成立.(10)sin d n x x ⎰ (n >1,且为正整数).解:1sin d sin dcos n n n I x x x x -==-⎰⎰1221212cos sin (1)cos sin d cos sin (1)sin d (1)sin d cos sin (1)(1)n n n n n n n nx x n x x xx x n x x n x x x x n I n I ------=-+-=-+---=-+---⎰⎰⎰ 故 1211cos sin .n n n n I x x I n n---=-+ 验证: 1211cos sin sin d n n n x x x x n n --'-⎡⎤-+⎢⎥⎣⎦⎰ 22222111sin cos (1)sin cos sin 111sin (1sin )sin sin sin .n n n n n n n n x x n x x x n n n n n x x x x n n n x -----=-⋅-⋅+--=--+= 故结论成立.14.(1) 设1()f x x=,求00()(0);f x x '≠解:00021()().x x f x f x x =''==-(2) 设()(1)(2)(),f x x x x x n =--⋅⋅-求(0).f '解:00()(0)(0)limlim(1)(2)()0(1)!x x n f x f f x x x n x n →→-'==--⋅⋅--=-15.判定下列级数的敛散性:(1) 1n ∞=∑;(2)()()11111661111165451n n +++++⋅⋅⋅-+;(3) ()23133222213333nn n--+-++-;(4)155n +++++;解:(1) (11n S n =++++=从而lim n n S →∞=+∞,故级数发散.(2) 1111111115661111165451111551n S n n n ⎛⎫=-+-+-++- ⎪-+⎝⎭⎛⎫=- ⎪+⎝⎭从而1lim 5n n S →∞=,故原级数收敛,其和为15. (3)此级数为23q =-的等比级数,且|q |<1,故级数收敛. (4)∵n U =lim 10n n U →∞=≠,故级数发散.16.若2lim n n n U →∞存在,证明:级数1nn U∞=∑收敛.证:∵2lim n n n U →∞存在,∴∃M >0,使|n 2U n |≤M ,即n 2|U n |≤M ,|U n |≤2Mn而21n Mn ∞=∑收敛,故1n n U ∞=∑绝对收敛.17.(1)解:112xn n =∞相当于P 级数中P x = 当1P >时112p n n =∞收敛,1P ≤时,112pn n=∞发散. 从而当1x >时,112x n n =∞收敛,1x ≤时,112xn n=∞发散. 从而112xn n=∞的收敛域为(1,)+∞ 从而111(1)2n x n n+=∞-的收敛域为(0,1)(1,)+∞. (2)解:当1x >时,112x n n =∞收敛,则111(1)2n xn n +=∞-收敛.当0x ≤时,111(1)2n x n n+=∞-发散,(0)n U当01x <<时,111(1)2n x n n+=∞-收敛.(莱布尼兹型级数)18.将f (x ) = 2+|x | (-1≤x ≤1)展开成以2为周期的傅里叶级数,并由此求级数211n n∞=∑的和.解:f (x )在(-∞,+∞)内连续,其傅里叶级数处处收敛,由f (x )是偶函数,故b n =0,(n =1,2,…)()()11010d 22d 5a f x x x x -==+=⎰⎰()()()1112cos d 22cos d 0,2,4,64,1,3,5,πn a f x nx x x nx xn n n -==+=⎧⎪-=⎨=⎪⎩⎰⎰所以()()()221cos 21π542π21n n xf x n ∞=-=--∑,x ∈[-1,1]取x =0得,()2211π821n n ∞==-∑,故()()22222111111111π48212n n n n n n n n ∞∞∞∞=====+=+-∑∑∑∑ 所以211π6n n ∞==∑19.设f (x )是周期为2的周期函数,它在[-1,1]上的表达式为f (x )=e -x,试将f (x )展成傅里叶级数的复数形式.解:函数f (x )在x ≠2k +1,k =0,±1,±2处连续.()()()[]()()()π1π111π11211e d e e d 221e 21πe e 1121π1πsinh111πn i x l x in x l n l x n i n n c f x x xl n i n in in ------+--===-+-=⋅⋅-+-=⋅⋅-+⎰⎰故f (x )的傅里叶级数的复数形式为()()()()π21π1sinh1e 1πn in xn in f x n ∞=-∞⋅--=+∑ (x ≠2k +1,k =0,±1,±2,…)20.求如图所示的三角形脉冲函数的频谱函数.解:()202202E T E t t T f t E T E t t T ⎧+-≤≤⎪⎪=⎨⎪-<≤⎪⎩()()02022e d 22e d e d 41cos 2i t Ti t i tT F f tt E E t t E t E t T T E T T ωωωωωω+∞--∞---=⎛⎫⎛⎫=++- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎰⎰⎰21.设L 为xOy 面内直线x =a 上的一段,证明:(),d 0LP x y x =⎰其中P (x , y )在L 上连续.证:设L 是直线x =a 上由(a ,b 1)到(a ,b 2)这一段,则 L :12x ab t b y t =⎧≤≤⎨=⎩,始点参数为t =b 1,终点参数为t =b 2故 ()()()221d ,d d 0d 0d b b L b b a P x y x P a,t t P a,t t t ⎛⎫=⋅=⋅= ⎪⎝⎭⎰⎰⎰22.计算()()d d Lx y x y x y ++-⎰,其中L 是(1)抛物线y 2=x 上从点(1,1)到点(4,2)的一段弧; (2)从点(1,1)到点(4,2)的直线段;(3)先沿直线从(1,1)到点(1,2),然后再沿直线到点(4,2)的折线; (4)曲线x = 2t 2+t +1, y = t 2+1上从点(1,1)到点(4,2)的一段弧. 解:(1)L :2x y y y ⎧=⎨=⎩,y :1→2,故()()()()()2221232124321d d 21d 2d 111232343L x y x y x yy y y y y yy y y yy y y ++-⎡⎤=+⋅+-⋅⎣⎦=++⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦=⎰⎰⎰ (2)从(1,1)到(4,2)的直线段方程为x =3y -2,y :1→2 故()()()()()2121221d d 32332d 104d 5411L x y x y x yy y y y y y yy y ++-=-+⋅+-+⎡⎤⎣⎦=-⎡⎤=-⎣⎦=⎰⎰⎰ (3)设从点(1,1) 到点(1,2)的线段为L 1,从点(1,2)到(4,2)的线段为L 2,则L =L 1+L 2.且 L 1:1x y y =⎧⎨=⎩,y :1→2;L 2:2x x y =⎧⎨=⎩,x :1→4;故()()()()()12122211d d 101d 1d 212L x y x y x yy y y y y y y ++-=+⋅+-⎡⎤⎣⎦⎡⎤=-=-⎢⎥⎣⎦=⎰⎰⎰()()()()()()24144211d d 220d 12d 22272L x y x y x yx x x x x x ++-=++-⋅⎡⎤⎣⎦⎡⎤=+=+⎢⎥⎣⎦=⎰⎰⎰从而()()()()()12d d d d 1271422LL L x y x y x yx y x y x y++-=+++-=+=⎰⎰⎰(4)易得起点(1,1)对应的参数t 1=0,终点(4,2)对应的参数t 2=1,故()()()()()()122132014320d d 32412d 10592d 10592432323L x y x y x y t t t tt t tt t t tt t t t ++-⎡⎤=++++--⋅⎣⎦=+++⎡⎤=+++⎢⎥⎣⎦=⎰⎰⎰23.求下列函数在所示点的导数: (1)()sin cos t f t t ⎛⎫= ⎪⎝⎭,在点π4t =;解:()π4f ⎛⎫⎪'= ⎝ (2)()22,x y g x y x y +⎛⎫= ⎪ ⎪+⎝⎭,在点()(),1,2x y =;解:()111,224g ⎛⎫= ⎪⎝⎭(3)sin cos u v u T u v v v ⎛⎫⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭,在点π1u v ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭; 解:1010101T -⎛⎫⎛⎫ ⎪'=- ⎪ ⎪π⎝⎭ ⎪⎝⎭(4)2222232u x y v x x y w x y y ⎧=-⎪=-⎨⎪=-⎩在点()3,2-. 解:6266362-⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪--⎝⎭24.求22224428u x y z x y x y z =+++-+-在点,,,1,1,1,1,1,1(000)()()O A B ---的梯度,并求梯度为零的点.解:()()()()54,2,8,2,10,6,10,6,10,3,,42-------25.利用换元法求下列积分:2(1)cos()d x x x ⎰;解:原式=22211cos d sin .22x x x c =+⎰(2)x ;解:原式=12333(sin cos )d(sin cos )(sin cos ).2x x x x x x c ---=-+⎰2d (3)21xx -⎰;解:原式=1d 112x c =+-+⎰.c =+3(4)cos d x x ⎰;解:原式=231(1sin )dsin sin sin .3x x x x c -=-+⎰(5)cos cos d 2xx x ⎰;解:原式=1133d sin sin .cos cos 232222x x x x c x ⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭⎰ (6)sin 2cos3d x x x ⎰;解:原式=111(sin 5sin )d cos cos5.2210x x x x x c -=-+⎰2arccos (7)xx ;解:原式=2arccos 2arccos 1110d(2arccos )10.22ln10x xx c -=-⋅+⎰ 21ln (8)d (ln )x x x x +⎰; 解:原式=21(ln )d(ln ).ln x x x x c x x-=-+⎰(9)x ;解:原式=2.c =+⎰ln tan (10)d cos sin xx x x⎰;解:原式=21ln tan d(ln tan )(ln tan ).2x x x c =+⎰5(11)e d x x -⎰;解:原式=51e 5x c --+.d (12)12xx-⎰; 解:原式=1ln .122c x -+-(13)t ; 解:原式=.c =-⎰102(14)tan sec d x x x ⎰;解:原式=10111tan d(tan )tan .10x x x c =+⎰2d (15)ln xx x⎰;解:原式=21(ln )d(ln ).ln x x c x--=+⎰(16)x ⎰;解:原式=ln .c =-+⎰sin cos x x解:原式=2d d tan ln .tan tan cos tan x xc x x x x ==+⎰⎰ 2(18)e d x x x -⎰;解:原式=22211e d()e .22x x x c ----=-+⎰10(19)(4)d x x +⎰;解:原式=111(4)11x c ++. (20)⎰解:原式=123311(23)d(23)(23)32x x x c ----=--+⎰.2(21)cos()d x x x ⎰;解:原式=2211sin()sin().22d x x c =+⎰(22)x ; 解:原式=122222d 1()d()2x x a a x a x -⎛⎫ ⎪=--⎰arcsin .xa c a=⋅ d (23)e ex xx-+⎰; 解:原式=2d(e )arctane .1(e )x xx c =++⎰ ln (24)d xx x⎰; 解:原式=21ln d(ln )(ln ).2x x x c =+⎰23(25)sin cos d x x x ⎰;解:原式=223511sin (1sin )d(sin )sin sin .35x x x x x c -=-+⎰解:原式32tan 444sec cos 1sin d d d(sin )tan sin sin x tt t tt t t t t t =-==⎰⎰⎰令311,3sin sin c t t=-++ 又cos t t ==故上式.c =+ (27)d ln |1|ln(1.1tt t t c c t =-++=++(28);x 解:原式3sec 223tan d 3(sec 1)d 3tan 3x tt t t t t t c ==-=-+⎰⎰令,又3tan arccos ,t t x ===故上式33arccosc x+.(29);解:原式2tan 3sec d cos d sin sec x ttt t t t c t ===+⎰⎰令,又sec t =所以sin t =,故上式c =.(30).解:原式sin cos d sin cos x ttt t t =+⎰令① sin d sin cos tt t t +⎰②① + ② = t + c 1② - ① = ln |sin t +cos t | + c 2故cos 1d ln sin cos sin cos 2211arcsin ln .22t t t ct t t t x c x =++++=++⎰26.作适当坐标变换,计算下列二重积分: (1)22d d Dx y x y ⎰⎰,其中D 是由xy =2, xy =4, x =y , y =3x 在第一象限所围平面区域;(2)()222d d ,{1};(,)D x y D x y y x y x =+≤+⎰⎰(3)122201d ()d ,xxx x y y --+⎰⎰令x =v , x +y =u ;(4)22222222d d ,:1;D x y x y x y D a b ab ⎛⎫+≤+ ⎪⎝⎭⎰⎰ (5){}2222d d ,;9(,)4Dx y D x y x y x y =+≤+-⎰⎰(6){}2222d d ,.4(,)2Dx y D x y x y x y y =+≤+-⎰⎰解:(1)积分区域D 如图10-23所示:图10-23令xy =u ,yv x=,则4,13)x y u v ==≤≤≤≤(,)1.(,)2xxx y u v J yy u v v uv ∂∂∂∂∂====∂∂∂∂∂ 于是:4333422221212241311281d d d d d d ln 3.ln 22323D u v u x y x y u u v v u u v v v ≤≤≤≤=⋅==⋅=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ (2)积分区域D 如图10-24所示。
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若 则 都是方程 的根,
若 ,则 ,由零点定理知,至少 ,使 ,
即 ,即 是方程 的根,
综上所述,方程 在 内至少有一根.
15.设星形线的参数方程为x=acos3t,y=asin3t,a>0求
d)星形线所围面积;
e)绕x轴旋转所得旋转体的体积;
f)星形线的全长.
(3)函数在x=(2n+1)π (n∈z)处间断,在间断点处,级数收敛于0,当x≠(2n+1)π时,由f(x)为奇函数,有an=0,(n=0,1,2,…)
所以
(x≠(2n+1)π,n∈z)
(4)因为 作为以2π为周期的函数时,处处连续,故其傅里叶级数收敛于f(x),注意到f(x)为偶函数,有bn=0(n=1,2,…),
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学校:__________姓名:__________班级:__________考号:__________
题号
一
总分
得分
一、解答题
1.求下列各曲线所围图形的面积:
(1)与x2+y2=8(两部分都要计算);
解:如图D1=D2
解方程组得交点A(2,2)
(1)
∴,
.
(2)与直线y=x及x=2;
(9)极坐标曲线ρ=asin3φ;
解:
.
(9)
(10)ρ=2acosφ;
解:
.
(10)
2.设 ,求 .
解:
3.设 ,其中a为常数, 为连续函数,讨论 在 处的可导性.
解:
.
故当 时, 在 处可导,且
当 时, 在 处不可导.
4.试求过点(3,8)且与曲线 相切的直线方程.
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2019最新考研数学模拟试题(含答案) 学校:__________ 考号:__________一、解答题1.证明:(1) 120lim 0;n n x →∞=⎰ 证明:当102x ≤≤时,0,n n x ≤≤ 于是1112200110d (),12n n x x n +≤≤=⋅+⎰⎰ 而111lim ()0,12n n n +→∞⋅=+ 由夹逼准则知:120lim 0.n n x →∞=⎰ (2) π40lim sin d 0.n n x x →∞=⎰证明:由中值定理得π440ππsin d sin (0)sin ,44n n x x ξξ=⋅-=⎰其中π0,4ξ≤≤ 故π40πlim sin d lim sin 0 ( 0sin 1).4n n n n x x ξξ→∞→∞==≤<⎰2.求下各微分方程的通解:(1)22e x y y y '''+-=;解: 2210r r +-=1211,2r r ∴=-= 得相应齐次方程的通解为 1212e e x xy c c -=+令特解为*e x y A =,代入原方程得 2e e e 2e x x x x A A A +-=,解得1A =, 故*e x y =,故原方程通解为 212e e e xx x y c c -=++. 2(2)25521y y x x '''+=--;解:2250r r +=1250,2r r ==- 对应齐次方程通解为 5212ex y c c -=+ 令*2()y x ax bx c =++, 代入原方程得222(62)5(32)521ax b ax bx c x x ++++=--比较等式两边系数得137,,3525a b c ==-= 则 *321373525y x x x =-+ 故方程所求通解为 532212137e 3525x y c c x x x -⎛⎫=++-+ ⎪⎝⎭. (3)323e x y y y x -'''++=;解:2320r r ++=121,2r r =-=-,对应齐次方程通解为 212e e x x y c c --=+令*()e xy x Ax B -=+代入原方程得 (22)e 3e x x Ax B A x --++=解得 3,32A B ==- 则 *23e 32x y x x -⎛⎫=-⎪⎝⎭ 故所求通解为 22123e e e 32x x x y c c x x ---⎛⎫=++- ⎪⎝⎭. (4)25e sin 2x y y y x '''-+=;解:2250r r -+=1,212r i =±相应齐次方程的通解为12e (cos 2sin 2)x y c x c x =+令*e (cos 2sin 2)x y x A x B x =+,代入原方程并整理得。
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解:特征方程为
解得
通解为
由初始条件得
故方程所求特解为 .
23.求下列欧拉方程的通解:
解:作变换 ,即t=lnx,
原方程变为
即
特征方程为
故 .
.
解:设 ,则原方程化为
①
特征方程为
故①所对应齐次方程的通解为
又设 为①的特解,代入①化简得
,
故
24.求下列不定积分,并用求导方法验证其结果正确否:
;
解:原式=
解:
令 ,得t=1或t=-1
则x=1,y=4或x=1,y=-4
当t>1或t<-1时, ,曲线是凹的,
当0<t<1或-1<t<0时, ,曲线是凸的,
故曲线有两个拐点(1,4),(1,-4).
(2)x=2acotθ,y=2asin2θ.
解:
令 ,得 或 ,
不妨设a>0,不失一般性,当 时,即 时, ,
当 或 时,即 或 时, ,
(3)先沿直线从(1,1)到点(1,2),然后再沿直线到点(4,2)的折线;
(4)曲线x= 2t2+t+1,y=t2+1上从点(1,1)到点(4,2)的一段弧.
解:(1)L: ,y:1→2,故
(2)从(1,1)到(4,2)的直线段方程为x=3y-2,y:1→2
故
(3)设从点(1,1)到点(1,2)的线段为L1,从点(1,2)到(4,2)的线段为L2,则L=L1+L2.且
解:因为Σ:z=0,在xOy面上的投影区域就是Σ
故
当Σ取的是上侧时为正号,Σ取的是下侧时为负号.
22.求下列微分方程满足所给初始条件的特解:
;
解:特征方程为
解得
通解为
由初始条件得
故方程所求特解为 .
解:特征方程为
解得
通解为
由初始条件得
故方程所求特解为 .
解:特征方程为
解得
通解为
由初始条件得
故方程所求特解为 .
16.利用幂级数的性质,求下列级数的和函数:
(1) ;(2) ;
解:(1)由 知,当|x|=<1时,原级数收敛,而当|x|=1时, 的通项不趋于0,从而发散,故级数的收敛域为(-1,1).
记 易知 的收敛域为(-1,1),记
则
于是 ,所以
(2)由 知,原级数当|x|<1时收敛,而当|x|=1时,原级数发散,故原级数的收敛域为(-1,1),记 ,易知级数 收敛域为(-1,1),记 ,则 ,
(其中k为比例系数)
20.证明: 在整个xOy平面内除y轴的负半轴及原点外的开区域G内是某个二元函数的全微分,并求出这样的一个二元函数.
证: , ,显然G是单连通的,P和Q在G内具有一阶连续偏导数,并且.
,(x,y)∈G
因此 在开区域G内是某个二元函数u(x,y)的全微分.
由
知 .
21.当Σ为xOy面内的一个闭区域时,曲面积分 与二重积分有什么关系?
验证:
所以,结论成立.
;
解:原式=
验证:
L1: ,y:1→2;L2: ,x:1→4;
故
从而
(4)易得起点(1,1)对应的参数t1=0,终点(4,2)对应的参数t2=1,故
19.设质点受力作用,力的反方向指向原点,大小与质点离原点的距离成正比,若质点由(a,0)沿椭圆移动到B(0,b),求力所做的功.
解:依题意知F=kxi+kyj,且L: ,t:0→
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一、解答题
1.有一等腰梯形闸门,它的两条底边各长10m和6m,高为20m,较长的底边与水面相齐,计算闸门的一侧所受的水压力.
解:如图20,建立坐标系,直线AB的方程为
故当参数 或 时,都是y的拐点,且拐点为 及 .
9.求由参数式 所确定的函数y对x的导数 .
解:
10.(略).
11.根据下面所给的值,求函数 的 及 :
⑴当 时;
解:
.
⑵当 时.
解:
12.利用被积函数奇偶性计算下列积分值(其中a为正常数)
(1)
解:因 为[-a,a]上的奇函数,
故
;
解:因为 即被积函数为奇函数,所以原式=0.
故 即 , ,所以
17.将函数f(x) =x-1(0≤x≤2)展开成周期为4的余弦级数.
解:将f(x)作偶延拓,作周期延拓后函数在(-∞,+∞)上连续,则有bn=0 (n=1,2,3,…)
故 (0≤x≤2)
18.计算 ,其中L是
(1)抛物线y2=x上从点(1,1)到点(4,2)的一段弧;
(2)从点(1,1)到点(4,2)的直线段;
解:设每年以均匀流方式存入x万元,则
5=
即5=20x(e0.51)
≈0.385386万元=3853.86元.
习题六
15.(1)解: 相当于 级数中
当 时 收敛, 时, 发散.
从而当 时, 收敛, 时, 发散.
从而 的收敛域为
从而 的收敛域为 .
(2)解:当 时, 收敛,则 收敛.
当 时, 发散,
当 时, 收敛.(莱布尼兹型级数)
即3.9q-0.003q2-300=0
q2-1300q+100000=0
解得q=1218(舍去),q=82.
7.已知函数 在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,且 ,试证:在(a,b)内至少有一点 ,使得
.
证明:令 在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,且 ,由罗尔定理知, ,使得 ,即 ,即
8.求下列曲线的拐点:
.
压力元素为
所求压力为
=1467(吨) =14388(KN)
2.证明本章关于梯度的基本性质(1)~(5).
证明:略
3.一点沿对数螺线 运动,它的极径以角速度 旋转,试求极径变化率.
解:
4.一点沿曲线 运动,它的极径以角速度 旋转,求这动点的横坐标与纵坐标的变化率.
解:
5.椭圆 上哪些点的纵坐标减少的速率与它的横坐标增加的速率相同?
解:方程 两边同时对t求导,得
由 .得
代入椭圆方程得: ,
即所求点为 .
6.设总收入和总成本分别由以下两式给出:
其中q为产量,0≤q≤1000,求:(1)边际成本;(2)获得最大利润时的产量;(3)怎样的生产量能使盈亏平衡?
解:(1)边际成本为:
(2)利润函数为
令 ,得
即为获得最大利润时的产量.
(3)盈亏平衡时:R(q)=C(q)
;
解:因为 为奇函数,故
原式=
.
解:因为 是奇函数,故
原式=
13.设 是由方程组
所确定的隐函数,求 .
解:分别对已知方程组的两边关于 求导,得:
再对 求一次导,得
将 代入上述各式,得
14.某父母打算连续存钱为孩子攒学费,设建行连续复利为5%(每年),若打算10年后攒够5万元,问每年应以均匀流方式存入多少钱?