高数第二章自测题答案
高一数学必修2第二章测试题及答案解析(同名10275)
第二章单元测试题、选择题1.若直线 a 和 b 没有公共点,则 a 与 b 的位置关系是 ( )A .相交B .平行C .异面D .平行或异面2 .平行六面体ABCD -A i B i C i D i 中,既与AB 共面也与CC i 共面的棱 的条数为 ( ) A .3 B .4 C .5 D . 64.长方体ABCD — A i B i C i D i 中,异面直线AB,A i D i 所成的角等于()A. 30° B . 45° C . 60° D . 90° 5.对两条不相交的空间直线a 与b ,必存在平面a,使得() A . a? a , b? a B . a? a, b 〃a C.a 丄 a, b 丄 a D . a? a, b 丄 a6. 下面四个命题:① 若直线 a b 异面 b c 异面 则 a c 异面;② 若直线 a b 相交 b c 相交 则 a c 相交;③ 若a // b ,则a , b 与c 所成的角相等;④ 若a 丄b , b 丄c ,则a / c.其中真命题的个数为()A . 4B . 3C . 2D . i 7. 在正方体 ABCD —A i B i C i D i 中EF 分别是线段 A i B i B i C i 上的 不与端点重合的动点,如果 A i E = B i F ,有下面四个结论:① EF 丄 AA i ;® EF // AC ;③ EF 与 AC 异面;④ EF //平面 ABCD. 其中一定正确的有 ( )A. ①② B .②③ C .②④ D .①④B .8设a , b 为两条不重合的直线,a, B 为两个不重合的平面,下列命 题中为真命题的是( )A .若a , b 与a 所成的角相等,贝S a //bB .若 a / a, b / 伏 a// B,则 a / bB. 若 a? a, b? B a / b ,贝U a// [33. 已知平面a 和直线I ,则 A .平行 B .相交 a 内至少有一条直线与1(C .垂直D .异面D .若a丄a, b丄3 a丄3贝y a丄b9.已知平面a丄平面厲aQ B= l,点A€ a, A?l,直线AB II l,直线AC 丄l,直线m// a n//伏则下列四种位置关系中,不一定成立的是( )A . AB//m B. AC 丄m C. AB// B D. AC 丄B二、填空题(本大题共5小题,每小题5分,共25分.把答案填在题中的横线上)14. 正方体ABCD —A i B i C i D i中,二面角G —AB-C的平面角等于15. ______________________________________________________ 设平面a//平面B, A, C€ a, B , D € B,直线AB与CD交于点S,且点S位于平面a B之间,AS= 8 , BS= 6 , CS= 12 ,则SD= _______________16. 将正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角A—BD —C,有如下四个结论:①AC丄BD :②厶ACD是等边三角形;③AB与平面BCD成60°的角;④AB与CD所成的角是60°.其中正确结论的序号是_________ .三、解答题(本大题共6个大题,共70分,解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)17. (10分)如下图,在三棱柱ABC—A1B1C1中,△ ABC与厶A i B i C i 都求证:(1)平面AB i F i //平面C i BF;⑵平面AB i F i丄平面ACC i A i.18. (12分)如图所示,边长为2的等边△ PCD所在的平面垂直于矩形ABCD所在的平面,BC = 2 2 M为BC的中点.(1)证明:AM丄PM;⑵求二面角P-AM —D的大小.详解答案1[答案]D2[答案]C[解析]AB与CC i为异面直线,故棱中不存在同时与两者平行的直线,因此只有两类:第一类与AB平行与CG相交的有:CD、C1D1与CC i平行且与AB相交的有:BB i、AA1,第二类与两者都相交的只有BC,故共有5条.3[答案]C[解析]1°直线I与平面a斜交时,在平面a内不存在与I平行的直线,二A错;2°l? a时,在a内不存在直线与I异面,二D错;3°l // a时,在a内不存在直线与I相交.无论哪种情形在平面a内都有无数条直线与I垂直.4[答案]D[解析]由于AD // A i D i,则/ BAD是异面直线AB, A i D i所成的角,很明显/ BAD = 90°5[答案]B[解析]对于选项A,当a与b是异面直线时,A错误;对于选项B,若a, b不相交,则a与b平行或异面,都存在a,使a? a, b // a, B正确;对于选项C, a丄a, b± a, 一定有a/ b, C错误;对于选项D , a? a, b丄a 一定有a丄b , D错误.6[答案]D[解析]异面、相交关系在空间中不能传递,故①②错;根据等角定理,可知③正确;对于④,在平面内,a / c ,而在空间中,a与c 可以平行,可以相交,也可以异面,故④错误.7[答案]D[解析]如图所示.由于AA i丄平面A i B i C i D i , EF?平面A i B i C i D i,则EF丄AA i,所以①正确;当E, F分别是线段A1B1, B1C1 的中点时,EF// A i C i, 又AC// A i C i,贝S EF II AC,所以③不正确;当E, F分别不是线段A i B i, B i C i的中点时,EF与AC异面,所以②不正确;由于平面A iB iC iD i I平面ABCD, EF?平面A i B i C i D i,所以EF //平面ABCD,所以④正确.8[答案]D[解析]选项A中,a, b还可能相交或异面,所以A是假命题;选项B中,a, b还可能相交或异面,所以B是假命题;选项C中,a, B还可能相交,所以C是假命题;选项D中,由于a丄a a丄则a // B或a? B,贝卩B内存在直线I I a,又b± B,则b±I,所以a丄b.9[答案]Ci3[答案]an片ABi4[答案]45°[解析]如图所示,正方体ABCD — A i B i C i D i 中,由于BC 丄AB , BC i 丄AB ,贝卩/C i BC 是二面角C i — AB — C 的平面角.又△ BCC i 是等 腰直角三角形,则/ C i BC = 45°i5[答案]9T all AC // BD ,则Ah SD ,A 6=SD ,解得 SD = 9i6[答案]①②④[解析]如图所示,①取BD 中点,E 连接AE , CE ,则BD 丄AE , BD 丄CE ,而 AE A CE = E ,「. BD 丄平面 AEC , AC?平面 AEC , 故 AC 丄BD ,故①正确.②设正方形的边长为a,则AE= CE=_2a.由①知/ AEC= 90°是直二面角A-BD —C的平面角,且/ AEC = 90° 二AC= a,•••△ ACD是等边三角形,故②正确.③由题意及①知,AE丄平面BCD,故/ ABE是AB与平面BCD 所成的角,而/ ABE=45°所以③不正确.④分别取BC, AC的中点为M, N,连接ME, NE, MN.1 1贝S MN // AB, 且MN = 2AB= qa,〃厂 1 1ME / CD,且ME = 2CDpa,•••/ EMN是异面直线AB, CD所成的角.在Rt A AEC 中,AE= CE=今a, AC= a,1 1••• NE = 2AC = 2a. MEN 是正三角形,二/ EMN = 60° 故④正确.17[证明](1)在正三棱柱ABC—A1B1C1中,T F、F1分别是AC、A1C1的中点,•B1F1 // BF, AF1 // GF.又••• B1F1 n AF1 = F1, C1F n BF=F,•平面AB1F1 //平面GBF.(2)在三棱柱ABC—A1B1C1 中,AA1 丄平面A1B1C1,「. BF 丄AA「又B1F1 丄A1C1, A1C1 n AA1 = A1,•B1F1X平面ACC1A1,而B1F1?平面ABF,「•平面AB i F i 丄平面ACC i A i .18[解析](1)证明:如图所示,取 CD 的中点E ,连接PE , EM , EA ,•••△ PCD 为正三角形,••• PE 丄CD , PE = PDsin /PDE = 2sin60=^3.•••平面PCD 丄平面ABCD ,• P E 丄平面 ABCD ,而 AM?平面 ABCD ,「. PE 丄AM. T 四边形ABCD 是矩形,• △ ADE , △ECM , △ABM 均为直角三角形,由勾股定理可求得 EM = 3, AM = 6, AE = 3,• EM 2 + AM 2 = AE 2. • AM 丄 EM.又 PEA EM = E ,「. AM 丄平面 PEM ,「. AM 丄PM.(2)解:由(1)可知EM 丄AM , PM 丄AM ,• / PME 是二面角P - AM — D 的平面角.•二面角P — AM — D 的大小为45°• tan/ PME PE = 3= EM = 3=• / PME = 45°。
高一数学必修2第二章测试题及答案解析
第二章单元测试题一、选择题1.若直线a和b没有公共点,则a与b的位置关系是() A.相交B.平行C.异面D.平行或异面2.平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,既与AB共面也与CC1共面的棱的条数为()A.3B.4C.5D.63.已知平面α和直线l,则α内至少有一条直线与l() A.平行B.相交C.垂直D.异面4.长方体ABCD-A1B1C1D1中,异面直线AB,A1D1所成的角等于()A.30°B.45°C.60°D.90°5.对两条不相交的空间直线a与b,必存在平面α,使得() A.a⊂α,b⊂α B.a⊂α,b∥αC.a⊥α,b⊥α D.a⊂α,b⊥α6.下面四个命题:①若直线a,b异面,b,c异面,则a,c异面;②若直线a,b相交,b,c相交,则a,c相交;③若a∥b,则a,b与c所成的角相等;④若a⊥b,b⊥c,则a∥c.其中真命题的个数为()A.4B.3C.2D.17.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是线段A1B1,B1C1上的不与端点重合的动点,如果A1E=B1F,有下面四个结论:①EF⊥AA1;②EF∥AC;③EF与AC异面;④EF∥平面ABCD.其中一定正确的有()A.①②B.②③C.②④D.①④B.8.设a,b为两条不重合的直线,α,β为两个不重合的平面,下列命题中为真命题的是()A.若a,b与α所成的角相等,则a∥b B.若a∥α,b∥β,α∥β,则a∥bC.若a⊂α,b⊂β,a∥b,则α∥βD.若a⊥α,b⊥β,α⊥β,则a⊥b9.已知平面α⊥平面β,α∩β=l,点A∈α,A∉l,直线AB∥l,直线AC⊥l,直线m∥α,n∥β,则下列四种位置关系中,不一定成立的是()A.AB∥m B.AC⊥m C.AB∥βD.AC⊥β二、填空题(本大题共5小题,每小题5分,共25分.把答案填在题中的横线上)13.下列图形可用符号表示为________.14.正方体ABCD-A1B1C1D1中,二面角C1-AB-C的平面角等于________.15.设平面α∥平面β,A,C∈α,B,D∈β,直线AB与CD交于点S,且点S位于平面α,β之间,AS=8,BS=6,CS=12,则SD=________. 16.将正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角A-BD-C,有如下四个结论:①AC⊥BD;②△ACD是等边三角形;③AB与平面BCD成60°的角;④AB与CD所成的角是60°.其中正确结论的序号是________.三、解答题(本大题共6个大题,共70分,解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)17.(10分)如下图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,△ABC与△A1B1C1都为正三角形且AA1⊥面ABC,F、F1分别是AC,A1C1的中点.求证:(1)平面AB1F1∥平面C1BF;(2)平面AB1F1⊥平面ACC1A1.18.(12分)如图所示,边长为2的等边△PCD所在的平面垂直于矩形ABCD所在的平面,BC=22,M为BC的中点.(1)证明:AM⊥PM;(2)求二面角P-AM-D的大小.详解答案1[答案] D2[答案] C[解析]AB与CC1为异面直线,故棱中不存在同时与两者平行的直线,因此只有两类:第一类与AB平行与CC1相交的有:CD、C1D1与CC1平行且与AB相交的有:BB1、AA1,第二类与两者都相交的只有BC,故共有5条.3[答案] C[解析]1°直线l与平面α斜交时,在平面α内不存在与l平行的直线,∴A错;2°l⊂α时,在α内不存在直线与l异面,∴D错;3°l∥α时,在α内不存在直线与l相交.无论哪种情形在平面α内都有无数条直线与l垂直.4[答案] D[解析]由于AD∥A1D1,则∠BAD是异面直线AB,A1D1所成的角,很明显∠BAD=90°.5[答案] B[解析]对于选项A,当a与b是异面直线时,A错误;对于选项B,若a,b不相交,则a与b平行或异面,都存在α,使a⊂α,b ∥α,B正确;对于选项C,a⊥α,b⊥α,一定有a∥b,C错误;对于选项D,a⊂α,b⊥α,一定有a⊥b,D错误.6[答案] D[解析]异面、相交关系在空间中不能传递,故①②错;根据等角定理,可知③正确;对于④,在平面内,a∥c,而在空间中,a与c 可以平行,可以相交,也可以异面,故④错误.7[答案] D[解析]如图所示.由于AA1⊥平面A1B1C1D1,EF⊂平面A1B1C1D1,则EF⊥AA1,所以①正确;当E,F分别是线段A1B1,B1C1的中点时,EF∥A1C1,又AC∥A1C1,则EF∥AC,所以③不正确;当E,F分别不是线段A1B1,B1C1的中点时,EF与AC异面,所以②不正确;由于平面A1B1C1D1∥平面ABCD,EF⊂平面A1B1C1D1,所以EF∥平面ABCD,所以④正确.8[答案] D[解析]选项A中,a,b还可能相交或异面,所以A是假命题;选项B中,a,b还可能相交或异面,所以B是假命题;选项C中,α,β还可能相交,所以C是假命题;选项D中,由于a⊥α,α⊥β,则a ∥β或a⊂β,则β内存在直线l∥a,又b⊥β,则b⊥l,所以a⊥b.9[答案] C[解析]如图所示:AB∥l∥m;AC⊥l,m∥l⇒AC⊥m;AB∥l⇒AB∥β.13[答案]α∩β=AB14[答案]45°[解析]如图所示,正方体ABCD-A1B1C1D1中,由于BC⊥AB,BC1⊥AB,则∠C1BC是二面角C1-AB-C的平面角.又△BCC1是等腰直角三角形,则∠C1BC=45°.15[答案]9[解析]如下图所示,连接AC,BD,则直线AB,CD确定一个平面ACBD.∵α∥β,∴AC∥BD,则ASSB=CSSD,∴86=12SD,解得SD=9.16[答案]①②④[解析]如图所示,①取BD中点,E连接AE,CE,则BD⊥AE,BD⊥CE,而AE∩CE=E,∴BD⊥平面AEC,AC⊂平面AEC,故AC ⊥BD,故①正确.②设正方形的边长为a,则AE=CE=2 2a.由①知∠AEC=90°是直二面角A-BD-C的平面角,且∠AEC=90°,∴AC=a,∴△ACD是等边三角形,故②正确.③由题意及①知,AE⊥平面BCD,故∠ABE是AB与平面BCD 所成的角,而∠ABE=45°,所以③不正确.④分别取BC,AC的中点为M,N,连接ME,NE,MN.则MN∥AB,且MN=12AB=12a,ME∥CD,且ME=12CD=12a,∴∠EMN是异面直线AB,CD所成的角.在Rt△AEC中,AE=CE=22a,AC=a,∴NE=12AC=12a.∴△MEN是正三角形,∴∠EMN=60°,故④正确.17[证明](1)在正三棱柱ABC-A1B1C1中,∵F、F1分别是AC、A1C1的中点,∴B1F1∥BF,AF1∥C1F.又∵B1F1∩AF1=F1,C1F∩BF=F,∴平面AB1F1∥平面C1BF.(2)在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥平面A1B1C1,∴B1F1⊥AA1.又B1F1⊥A1C1,A1C1∩AA1=A1,∴B1F1⊥平面ACC1A1,而B1F1⊂平面AB1F1,∴平面AB1F1⊥平面ACC1A1.18[解析](1)证明:如图所示,取CD的中点E,连接PE,EM,EA,∵△PCD为正三角形,∴PE⊥CD,PE=PD sin∠PDE=2sin60°= 3.∵平面PCD⊥平面ABCD,∴PE⊥平面ABCD,而AM⊂平面ABCD,∴PE⊥AM.∵四边形ABCD是矩形,∴△ADE,△ECM,△ABM均为直角三角形,由勾股定理可求得EM=3,AM=6,AE=3,∴EM2+AM2=AE2.∴AM⊥EM.又PE∩EM=E,∴AM⊥平面PEM,∴AM⊥PM.(2)解:由(1)可知EM⊥AM,PM⊥AM,∴∠PME是二面角P-AM-D的平面角.∴tan∠PME=PEEM=33=1,∴∠PME=45°.∴二面角P-AM-D的大小为45°.。
高中数学:第二章测评 Word版含答案 _1
第二章测评(时间:120分钟 满分:150分)一、选择题(本大题共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.已知点A (1,3),B (4,-1),则与向量AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 同方向的单位向量为( ) A.(35,-45) B.(45,-35) C.(-35,45)D.(-45,35)同方向的单位向量为AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗|AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗|=(3,-4)√3+(-4)=(35,-45),故选A .(0,1),b =(1,0),则向量a +b 与2b -2a 的夹角等于( ) A.π6B.π3C.π2D.2π3如图所示,已知AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =2BC ⃗⃗⃗⃗⃗ ,OA ⃗⃗⃗⃗⃗ =a ,OB ⃗⃗⃗⃗⃗ =b ,OC ⃗⃗⃗⃗⃗ =c ,则下列等式中成立的是( ) A.c =32b -12aB.c =2b -aC.c =2a -bD.c =32a -12b4.若点M 是△ABC 的重心,则下列各向量中与AB⃗⃗⃗⃗⃗ 共线的是( ) A .AB⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ +AC ⃗⃗⃗⃗⃗ B .AM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +MB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ +BM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +CM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ D .3AM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +AC ⃗⃗⃗⃗⃗中AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ +AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =2AC ⃗⃗⃗⃗⃗ ,与AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 不共线;B 中AM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +MB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =AC ⃗⃗⃗⃗⃗ ,与AB⃗⃗⃗⃗⃗ 不共线;C 中⃗⃗⃗⃗⃗⃗ CM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =0,∵0∥AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ,故选C .5.如图,已知|OA ⃗⃗⃗⃗⃗ |=3,|OB ⃗⃗⃗⃗⃗ |=1,OA ⃗⃗⃗⃗⃗ ·OB ⃗⃗⃗⃗⃗ =0,∠AOP=π6,若OP ⃗⃗⃗⃗⃗ =t OA ⃗⃗⃗⃗⃗ +OB ⃗⃗⃗⃗⃗ ,则实数t 等于( )A.1B.√3C.√3D.3如图是函数y=A sin(ωx+φ)(A >0,ω>0,|φ|<π2)在一个周期内的图象,M ,N 分别是最大、最小值点,且OM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⊥ON ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ,则A ·ω的值为( ) A .π6B .√2π6C .√7π6D .√7π12,T=π,ω=2,M (π12,A),N (7π12,-A). ∵OM⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⊥ON ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ,∴A=√712π.∴A ·ω=√76π.a =(1,0),b =(0,1),向量c 满足(c+a )·(c+b )=0,则|c|的最大值是( ) A .1B .2C .√2D .√221:设c =OP⃗⃗⃗⃗⃗ ,P (x ,y ),则c =(x ,y ), |c |表示P 点到原点的距离. (c+a )·(c+b )=0, ∴x 2+x+y 2+y=0.∴(x +12)2+(y +12)2=12.∴P 点的轨迹为以(-12,-12)为圆心,半径为√22的圆,∴P 点到原点的最大距离为√2. ∴|c |的最大值为√2.解法2:a +b =(1,1),∴|a +b |=√2, 又a ·b =0, 由(c+a )·(c+b )=0,∴c 2+(a+b )·c+a ·b=0, 即|c|2+|a+b||c|cos <a +b ,c >=0, ∴|c |=-√2cos <a +b ,c >,√2,∴|c |的最大值为√2.8.设D ,E ,F 分别是△ABC 的三边BC ,CA ,AB 上的点,且DC ⃗⃗⃗⃗⃗ =2BD ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ,CE ⃗⃗⃗⃗⃗ =2EA ⃗⃗⃗⃗⃗ ,AF ⃗⃗⃗⃗⃗ =2FB ⃗⃗⃗⃗⃗ ,则AD ⃗⃗⃗⃗⃗ +BE⃗⃗⃗⃗⃗ +CF ⃗⃗⃗⃗⃗ 与BC⃗⃗⃗⃗⃗ ( ) A .反向平行 B .同向平行 D .既不平行也不垂直解析:如图,AD ⃗⃗⃗⃗⃗ =AC ⃗⃗⃗⃗⃗ +CD ⃗⃗⃗⃗⃗ ,BE⃗⃗⃗⃗⃗ =BC ⃗⃗⃗⃗⃗ +CE ⃗⃗⃗⃗⃗ ,CF ⃗⃗⃗⃗⃗ =CB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BF ⃗⃗⃗⃗⃗ ,∴AD ⃗⃗⃗⃗⃗ +BE⃗⃗⃗⃗⃗ +CF ⃗⃗⃗⃗⃗ =AC ⃗⃗⃗⃗⃗ +CD ⃗⃗⃗⃗⃗ +CE ⃗⃗⃗⃗⃗ +BF ⃗⃗⃗⃗⃗ =3AE ⃗⃗⃗⃗⃗ +2DB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +2EA ⃗⃗⃗⃗⃗ +BF ⃗⃗⃗⃗⃗ =(AE ⃗⃗⃗⃗⃗ +DB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +BF ⃗⃗⃗⃗⃗ )+DB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =13(AC ⃗⃗⃗⃗⃗ +CB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BA ⃗⃗⃗⃗⃗ )+DB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =DB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =-13BC ⃗⃗⃗⃗⃗ . .b 在a 上的射影为4,b 在x 轴上的射影为2,则b 为( ) A .(2,14) B .(2,-27) C .(-2,27)D .(2,4)b =(x ,y ),b 在x 轴上的射影为2,则x=2.在a 上的射影为4,则a ·b |a |=(x ,y )·(4,3)5=4. 解得y=4,∴b =(2,4).10.在△ABC 中,P 是BC 的中点,角A ,B ,C 的对边分别是a ,b ,c ,若c AC⃗⃗⃗⃗⃗ +a PA ⃗⃗⃗⃗⃗ +b PB ⃗⃗⃗⃗⃗ =0,则△ABC 的形状为( )A.直角三角形B.钝角三角形C.等边三角形11.记max{x ,y }={x ,x ≥y ,y ,x <y ,min{x ,y }={y ,x ≥y ,x ,x <y .设a ,b 为平面向量,则( )A .min{|a+b|,|a-b|}≤min{|a |,|b |}B .min{|a +b |,|a -b |}≥min{|a |,|b |}C .max{|a +b |2,|a -b |2}≤|a |2+|b |2 |a +b |2,|a -b |2}≥|a |2+|b |2min{|a +b |,|a -b |}与min{|a |,|b |},相当于平面四边形的对角线长度的较小者与两邻边长的,它们的大小关系不定,因此A,B 均错.而|a +b |,|a -b |中的较大者与|a |,|b |可构成非锐角三角max{|a +b |2,|a -b |2}≥|a |2+|b |2,故选D .12.已知非零向量AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 与AC ⃗⃗⃗⃗⃗ 满足(AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |+AC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |)·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =0,且AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |·AC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗|AC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=12,则△ABC 为( ) A .三边均不相等的三角形 B .直角三角形C .等腰非等边三角形(AB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |+AC⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |)·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =0,知∠BAC 的平分线垂直于BC ,故△ABC 为等腰三角形,且AB=AC.由AB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗|·⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =12,得cos ∠BAC=AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |·AC⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |AC⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=12,所以∠BAC=60°,所以△ABC 为等边三角形.故选D .(本大题共4小题,每小题5分,共20分.把★答案★填在题中的横线上)ABC 中,AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(1,2),AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(-x ,2x )(x>0),若△ABC 的周长为6√5,则x 的值为 .BC⃗⃗⃗⃗⃗ =AC ⃗⃗⃗⃗⃗ −AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(-x-1,2x-2), 所以√5+√5x+√5x 2-6x +5=6√5,所以x=3011.a =(1,2),|b |=2√5,b =λa ,且λ>0,则λ= ;b = .√55=2.∴b =(2,4). (2,4)为边,OB 为对角线的矩形中,若OA ⃗⃗⃗⃗⃗ =(-3,1),OB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(-2,k ),则实数k= .AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =OB ⃗⃗⃗⃗⃗ −OA ⃗⃗⃗⃗⃗ =(1,k-1),且OA⃗⃗⃗⃗⃗ ⊥AB ⃗⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗⃗ AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =0,即-3×1+1×(k-1)=0,解得k=4.a ,b ,c ,有下列三个命题: ①若a ·b =a ·c ,则b =c ;②若a =(1,k ),b =(-2,6),a ∥b ,则k=-3;③非零向量a 和b 满足|a |=|b |=|a -b |,则a 与a +b 的夹角为60°.其中真命题的序号为 (写出所有真命题的序号).(本大题共6小题,共70分.解答时应写出文字说明、证明过程或演算步骤) 17.(本小题10分)在平面直角坐标系xOy 中,已知点A (-1,-2),B (2,3),C (-2,-1). (1)求以线段AB ,AC 为邻边的平行四边形的两条对角线的长;t 满足(AB ⃗⃗⃗⃗⃗ -t OC ⃗⃗⃗⃗⃗ )·OC⃗⃗⃗⃗⃗ =0,求t 的值.AB⃗⃗⃗⃗⃗ =(3,5),AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(-1,1),求两条对角线的长即求|AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +AC ⃗⃗⃗⃗⃗ |与|AB ⃗⃗⃗⃗⃗ −AC ⃗⃗⃗⃗⃗ |的大小. 由AB⃗⃗⃗⃗⃗ +AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(2,6),得|AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +AC ⃗⃗⃗⃗⃗ |=2√10, 由AB ⃗⃗⃗⃗⃗ −AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(4,4),得|AB ⃗⃗⃗⃗⃗ −AC ⃗⃗⃗⃗⃗ |=4√2. (2)OC⃗⃗⃗⃗⃗ =(-2,-1), 因为(AB ⃗⃗⃗⃗⃗ -t OC ⃗⃗⃗⃗⃗ )·OC ⃗⃗⃗⃗⃗ =AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·OC ⃗⃗⃗⃗⃗ -t OC ⃗⃗⃗⃗⃗ 2, 易求AB⃗⃗⃗⃗⃗ ·OC ⃗⃗⃗⃗⃗ =-11,OC ⃗⃗⃗⃗⃗ 2=5, 所以由(AB ⃗⃗⃗⃗⃗ -t OC ⃗⃗⃗⃗⃗ )·OC⃗⃗⃗⃗⃗ =0得t=-115. 18.(本小题12分)已知P 为△ABC 内一点,且3AP ⃗⃗⃗⃗⃗ +4BP ⃗⃗⃗⃗⃗ +5CP ⃗⃗⃗⃗⃗ =0.延长AP 交BC 于点D ,若AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =a ,AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =b ,,b 表示向量AP ⃗⃗⃗⃗⃗ ,AD ⃗⃗⃗⃗⃗ .BP ⃗⃗⃗⃗⃗ =AP ⃗⃗⃗⃗⃗ −AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =AP ⃗⃗⃗⃗⃗ -a ,CP ⃗⃗⃗⃗⃗ =AP ⃗⃗⃗⃗⃗ −AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =AP ⃗⃗⃗⃗⃗ -b , 又3AP⃗⃗⃗⃗⃗ +4BP ⃗⃗⃗⃗⃗ +5CP ⃗⃗⃗⃗⃗ =0, 所以3AP⃗⃗⃗⃗⃗ +4(AP ⃗⃗⃗⃗⃗ -a )+5(AP ⃗⃗⃗⃗⃗ -b )=0, 化简,得AP⃗⃗⃗⃗⃗ =13a +512b . 设AD ⃗⃗⃗⃗⃗ =t AP ⃗⃗⃗⃗⃗ (t ∈R ),则AD ⃗⃗⃗⃗⃗ =13t a +512t b .①又设Bx ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =k BC ⃗⃗⃗⃗⃗ (k ∈R ), 由BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =AC ⃗⃗⃗⃗⃗ −AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =b -a ,BD ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =AD ⃗⃗⃗⃗⃗ −AB ⃗⃗⃗⃗⃗ =AD ⃗⃗⃗⃗⃗ -a , 得AD ⃗⃗⃗⃗⃗ -a =k (b -a ). 所以AD ⃗⃗⃗⃗⃗ =a +k (b -a )=(1-k )a +k b .②又因为a ,b 不共线,由平面向量的基本定理及①②有:{13t =1-k ,512t =k .两式相加解得t=43. 代入①,有AD ⃗⃗⃗⃗⃗ =49a +59b .19.(本小题12分)设△ABC ,P 0是边AB 上一定点,满足P 0B=1AB ,且对于边AB 上任一点P ,恒有PB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·⃗⃗⃗⃗⃗ 0B ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ·P 0C ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ,求证:AC=BC.证明:设PB ⃗⃗⃗⃗⃗ =t AB⃗⃗⃗⃗⃗ (0≤t ≤1),所以PC⃗⃗⃗⃗⃗ =PB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =t AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ , 所以PB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·PC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(t AB ⃗⃗⃗⃗⃗ )·(t AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ ) =t 2AB⃗⃗⃗⃗⃗ 2+t AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ . 由题意PB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·PC ⃗⃗⃗⃗⃗ ≥P 0B ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ·P 0C ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ , 即t 2AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 2+t AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ ≥14AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·(14AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ ) =(14)2AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 2+14AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ ,即当t=14时PB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·PC ⃗⃗⃗⃗⃗取得最小值.由二次函数的性质可知:-AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2AB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2=14, 即-AB⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =12AB ⃗⃗⃗⃗⃗ 2, 所以AB⃗⃗⃗⃗⃗ ·(12AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ )=0. 取AB 中点M ,则12AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =MB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =MC⃗⃗⃗⃗⃗⃗ , 所以AB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·MC⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =0,即AB ⊥MC. 所以AC=BC.20.(本小题12分)如图,已知OP ⃗⃗⃗⃗⃗ =(2,1),OA ⃗⃗⃗⃗⃗ =(1,7),OB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(5,1),设Z 是直线OP 上的一动点.(1)求使ZA ⃗⃗⃗⃗⃗ ·ZB ⃗⃗⃗⃗⃗ 取最小值时的OZ ⃗⃗⃗⃗⃗ ;(1)中求出的点Z ,求cos ∠AZB 的值.因为Z 是直线OP 上的一点,所以OZ⃗⃗⃗⃗⃗ ∥OP ⃗⃗⃗⃗⃗ . 设实数t ,使OZ⃗⃗⃗⃗⃗ =t OP ⃗⃗⃗⃗⃗ ,所以O x ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =t (2,1)=(2t ,t ), 则ZA ⃗⃗⃗⃗⃗ =OA ⃗⃗⃗⃗⃗ −OZ⃗⃗⃗⃗⃗ =(1,7)-(2t ,t )=(1-2t ,7-t ), ZB ⃗⃗⃗⃗⃗ =OB ⃗⃗⃗⃗⃗ −OZ⃗⃗⃗⃗⃗ =(5,1)-(2t ,t )=(5-2t ,1-t ). 所以ZA⃗⃗⃗⃗⃗ ·ZB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(1-2t )(5-2t )+(7-t )(1-t )=5t 2-20t+12=5(t-2)2-8. 当t=2时,ZA⃗⃗⃗⃗⃗ ·ZB ⃗⃗⃗⃗⃗ 有最小值-8, 此时OZ⃗⃗⃗⃗⃗ =(2t ,t )=(4,2). (2)当t=2时,ZA⃗⃗⃗⃗⃗ =(1-2t ,7-t )=(-3,5),|ZA ⃗⃗⃗⃗⃗ |=√34,ZB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(5-2t ,1-t )=(1,-1),|ZB ⃗⃗⃗⃗⃗ |=√2. 故cos ∠AZB=ZA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ·ZB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |ZA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗||ZB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=√34×√2=-√17=-4√1717. 21.导学号73764070(本小题12分)已知点A (2,3),B (5,4),C (7,10).若AP⃗⃗⃗⃗⃗ =AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +λAC ⃗⃗⃗⃗⃗ (λ∈R ).(1)求点P 的坐标.λ为何值时,点P 在第一、三象限的角平分线上?点P 在第三象限内?设点P 的坐标为(x ,y ),则AP⃗⃗⃗⃗⃗ =(x ,y )-(2,3)=(x-2,y-3),AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +λAC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(5,4)-(2,3)+λ[(7,10)-=(3,1)+λ(5,7)=(3,1)+(5λ,7λ)=(3+5λ,1+7λ).∵AP⃗⃗⃗⃗⃗ =AB ⃗⃗⃗⃗⃗ +λAC ⃗⃗⃗⃗⃗ , ∴(x-2,y-3)=(3+5λ,1+7λ). ∴{x -2=3+5λ,y -3=1+7λ,解得{x =5+5λ,y =4+7λ, ∴P (5+5λ,4+7λ).(2)若点P 在第一、第三象限的角平分线上,则5+5λ=4+7λ,解得λ=12.若点P 在第三象限内,则{5+5λ<0,4+7λ<0.解得{λ<-1,λ<-47,∴λ<-1.22.导学号73764071(本小题12分)平面直角坐标系中,已知点A (3,0),点B (0,3),点C (cos α,sin α).(1)若AC ⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =-1,求sin α·cos α的值;|OA ⃗⃗⃗⃗⃗ +OC⃗⃗⃗⃗⃗ |=√13,且α∈(0,π),求OB ⃗⃗⃗⃗⃗ ,O x ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 的夹角.∵A (3,0),B (0,3),C (cos α,sin α),∴AC⃗⃗⃗⃗⃗ =(cos α-3,sin α),BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(cos α,sin α-3). 又∵AC⃗⃗⃗⃗⃗ ·BC ⃗⃗⃗⃗⃗ =-1, ∴cos α(cos α-3)+sin α(sin α-3)=-1.∴cos α+sin α=23.两边平方得1+2sin α·cos α=49, ∴sin α·cos α=-518.(2)∵OA ⃗⃗⃗⃗⃗ +OC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(3+cos α,sin α), |OA⃗⃗⃗⃗⃗ +OC ⃗⃗⃗⃗⃗ |=√13, ∴(3+cos α)2+sin 2α=13.∴cos α=12.∵α∈(0,π),∴α=π3,sin α=√32. ∴C (12,√32),OB ⃗⃗⃗⃗⃗ ·OC ⃗⃗⃗⃗⃗=3√32. 设OB ⃗⃗⃗⃗⃗ 与OC ⃗⃗⃗⃗⃗ 的夹角为θ(0≤θ≤π), 则cos θ=OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ·OC⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |·|OC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=3√323=√32, ∴θ=π6即为所求.。
高等工程数学第二章习题及答案
第2章 线性代数方程组数值解法 研究n 阶线性方程组Ax b =的数值解法.()ij A a =是n n⨯矩阵且非奇异,12(,,,)Tn x x x x = ,12(,,,)Tn b b b b =两类数值方法:(1) 直接法:通过有限次的算术运算,若计算过程中没有舍入误差,可以求出精确解的方法.Ax b Gx d == 等价变换G 通常是对角矩阵、三角矩阵或者是一些结构简单的矩阵的乘积.(2) 迭代法:用某种极限过程去逐次逼近方程组的解的方法.(1)()i i Ax b x Bx k x Bx k +==+−−−−−→=+ 等价变换建立迭代格式,0,1,i =一、向量范数与矩阵范数 1. 向量范数【定义】 若对nK 上任一向量x ,对应一个非负实数x ,对任意,nx y R ∈及K α∈,满足如下条件(向量范数三公理) (1) 非负性:0x ≥,且0x =的充要条件是0x =;(2)齐次性:x xαα=;(3)三角不等式:x y x y+≤+.则称x为向量x的范数.常用的向量范数: (1) 1—范数11nii x x ==∑(2) 2—范数12221()ni i x x ==∑(3) ∞—范数1max ii nxx ∞≤≤=(4) 一般的p —范数11()pnpi pi xx ==∑2. 矩阵范数【定义】 若n nK ⨯上任一矩阵()ij n n A a ⨯=,对应一个非负实数A ,对任意的,n nA B K ⨯∈和K α∈,满足如下条件(矩阵范数公理):(1) 非负性:0A ≥,且0A =的充要条件是0A =;(2)齐次性:A Aαα=;(3)三角不等式:A B A B +≤+;(4)乘法不等式:AB A B≤.则称A为矩阵A的范数.矩阵范数与向量范数是相容的:Ax A x≤向量范数产生的从属范数或算子范数:10max maxx x AxA Ax x=≠==常见从属范数:(1) 1—范数111max ||nij j ni A a ≤≤==∑(2) ∞—范数11max ||nij i nj A a ∞≤≤==∑(3) 2—范数2A =谱半径1()max ||H i i n A A ρλ≤≤=,iλ为H A A 的特征值.H A 为A 的共轭转置. 注:矩阵A 的谱半径不超过A 的任一范数,即()A A ρ≤范数等价性定理:,s t x x为n R 上向量的任意两种范数,则存在常数12,0c c >,使得12,ns t s c x x c x x R ≤≤ ∀∈.注:矩阵范数有同样的结论. 【定理2.1】是任一向量范数,向量序列()k x 收敛于向量*x 的充要条件是()*0,k x x k -→ →∞二、 Gauss 消去法 1.顺序Gauss 消去法 将方程Ax b =写成如下形式11112211,121122222,11122,1n n n n n n n n nn n n n a x a x a x a a x a x a x a a x a x a x a ++++++=⎧⎪+++=⎪⎨⎪⎪+++=⎩其中记,1,1,2,,.i n i a b i n +==消元过程:第一次消元:设110a ≠,由第2,3,,n 个方程减去第一个方程乘以1111/(2,3,,)i i m a a i n == ,则将方程组中第一个未知数1x消去,得到同解方程11112211,1(1)(1)(1)22222,1(1)(1)(1)22,1n n n n n n n nn n n n a x a x a x a a x a x a a x a x a ++++++=⎧⎪ ++=⎪⎨⎪⎪ ++=⎩其中, (1)11,2,3,,;2,3,,,1ijij i j a a m a i n j n n =-==+ . 1111/i i m a a =,2,3,,i n = .第二次消元:设(1)220a ≠,.由第2,3,,n 个方程减去方程组中的第2个方程乘以(1)(1)2222/(3,4,,)i i m a a i n == ,则将方程组第2个未知数2x 消去,得到同解方程11112213311,1(1)(1)(1)(1)2222322,1(2)(2)(2)33333,1(2)(2)(2)33,1n n n n n n n n n nnn n n n a x a x a x a x a a x a a x a a x a x a a x a x a ++++++++=⎧⎪ +++=⎪⎪ ++=⎨⎪⎪⎪ ++=⎩其中(2)(1)(1)22, 3,4,,; 3,4,,,1ij ij i j a a m a i n j n n =-==+ . (1)(1)2222/i i m a a =,3,4,,i n = .经过1n -次消元后,原方程组变成等价方程组11112213311,1(1)(1)(1)(1)2222322,1(2)(2)(2)33333,1(1)(1),1n n n n n n n n n n n nn n n n a x a x a x a x a a x a a x a a x a x a a x a +++--+++++=⎧⎪ +++=⎪⎪ ++=⎨⎪⎪⎪ =⎩其中()(1)(1), 1,2,,k k k ij ij ik ij a a m a i k k n --=-=++ , 1,2,,,1j k k n n =+++ .(1)(1)/k k ik ik kkm a a --=,1,2,,i k k n =++ ;1,2,,1k n =- .回代过程:(1)(1),1(1)(1)(1),1,,1/[]/,1,2,,2,1.n n n n n m n i i i ii n i j j i j j i x a a x a a x a i n n --+---+=+⎧=⎪⎨=-=--⎪⎩∑计算量:按常规把乘除法的计算次数合在一起作为Gauss 消去法总的计算量,而略去加减法的计算次数. 在消去过程中,对固定的消去次数(1,2,,1)k k n =- ,有:除法(1)(1),,/,1,1,,k k ik i k k k m a a i k k n --= =++ 共计n k -次;乘法(1),,1,2,,;1,2,,,1k ik k j m a i k k n j k k n n - =++ =+++ 共计()(1)n k n k --+次.因此,消去过程总的计算量为1311[()(1)]3n k M n k n k n k n-==--++-≈∑ 回代过程的乘除法计算次数为21()2n n +.与消去法计算量相比可以略去不计.所以, Gauss 消去法总的计算量大约为313n .2. Gauss-Jordan 消去法Gauss-Jordan 消去法是Gauss 消去法的一种变形.此方法的第一次消元过程同Gauss 消去法一样,得到(1)(1)(1)(1)11112213311,1(1)(1)(1)(1)22223322,1(1)(1)(1)(1)32233333,1(1)(1)(1)(1)2233,1,,,,n n n n n n n n n nn nn n n n a x a x a x a x a a x a x a x a a x a x a x a a x a x a x a ++++⎧++++=⎪ +++=⎪ +++=⎨ +++= ⎪⎪⎪⎪⎩其中,(1)11,2,,,1jj a a j n n ==+ . 第二次消元:设(1)220a ≠,由第1,3,4,,n 个方程减去第2个方程乘以(1)(1)2222/(1,3,4,,)i i m a a i n == ,则得到同解方程组(2)(2)(2)11113311,1(1)(2)(2)(2)22223322,1(2)(2)(2)33333,1(2)(2)33,1,,,n n n n n n n n n nnn n n n a x a x a x a a x a x a x a a x a x a a x a x a +++++ +++= +++= ++= ++= (2),⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩继续类似的过程,在第k 次消元时,设(1)k kk a -,将第i 个方程减去第k 个方程乘以(1)(1)/k k ik ik kk m a a --=,这里1,3,4,1,1,,i k k n =-+ .经过1n -次消元,得到(2)1111,1(1)(2)2222,1(2)(2)33,1,,,n n n n n a x a a x a a x a +++⎧ =⎪ =⎪⎪ ⎨⎪⎪⎪ =⎩其中()(1)(1),1,2,,1,1,,k k k ij ij ik kj a a m a i k k n --=-=-+ ;1,2,,,1; 1,2,,1j n n k n =+=- .此时,求解回代过程为(1)(1),1/,1,2,,n i i i n iix a a i n --+= = 经统计,总的计算量约为312M n ≈次乘除法. 从表面上看Gauss-Jordan 消去法似乎比Gauss 消去法好,但从计算量上看Gauss -Jordan 消去法明显比Gauss消去法的计算量要大,这说明用Gauss-Jordan 消去法解线性方程组并不可取.但用此方法求矩阵的逆却很方便. 3.列选主元Gauss 消去法在介绍Gauss 消去法时,始终假设(1)0k kk a -≠,称(1)k kka -为主元.若(1)0k kka -=,显然消去过程无法进行.实际上,既使(1)0k kka -≠,但(1)k kka -很小时,用它作除数对实际计算结果也是很不利的.称这样的(1)k kka -为小主元.【例2.2】设计算机可保证10位有效数字,用消元法解方程1112120.3100.7,0.9,x x x x -⎧⨯+=⎪⎨ +=⎪⎩【解】经过第一次消元:第2个方程减去第1个方程乘以212111/m a a =得1112(1)(1)222230.3100.7x x a x a -⎧⨯+=⎪⎨ =⎪⎩其中(1)1222222111/0.333333333310a a a a =-=-⨯,(1)123323211113(/)0.233333333310a a a a a =-⋅=-⨯于是解得(1)(1)223221/0.7000000000,0.0000000000,x a a x ⎧==⎪⎨=⎪⎩而真解为120.2,0.7x x = =注:造成结果失真的主要因素是主元素11a太小,而且在消元过程中作了分母,为避免这个情况发生,应在消元之前,作行交换.【定义】 若 (1)(1)||max ||k k k r k ik k i na a --≤≤=,则称(1)||k k r k a - 为列主元素. k r 行为主元素行,这时可将第 k r行与第k 行进行交换,使(1)||k k r k a - 位于交换后的等价方程组的 (1)k kk a - 位置,然后再施实消去法,这种方法称为列选主元Gauss 消去法或部分主元Gauss 消去法.【例2.3】 应用列选主元Gauss 消去法解上述方程. 【解】 因为2111a a >,所以先交换第1行与第2行,得1211120.9,0.3100.7,x x x x -⎧+=⎪⎨⨯+=⎪⎩ 然后再应用Gauss 消去法,得到消元后的方程组为1220.9,0.7.x x x ⎧+=⎨=⎩回代求解,可以得到正确的结果.即120.2,0.7x x = =.三、三角分解法 设方程组Ax b =的系数矩阵A 的顺序主子式不为零.即1112121222110,1,2,,.kk k k k kka a a a a a k n a a a ∆=≠=在Gauss 消去法中,第一次消元时,相当于用单位下三角阵211131111010010n m L m m -⎡⎤⎢⎥- ⎢⎥⎢⎥=- ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥- ⎢⎥⎣⎦ ,左乘方程组Ax b =,得11A x b =,其中11121(1)(1)122211(1)200n n n nn a a a a a A L a a -(1)⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥==⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎣⎦ ,1(1)(1)111,11,1,1(,,,)Tn n n n b L b a a a -+++== .第二次消元时,相当于用单位下三角阵1232210101001n L m m - ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥= - ⎢⎥⎢⎥⎢⎥ - ⎢⎥⎣⎦0 ,左乘方程组11A x b =,得22A x b =其中11121(1)(1)22211(2)(2)221333(2)(2)300000n n n n nn a a a a a A L L A a a a a --⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥== ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎥⎣⎦ ,11(1)(2)(2)2211,12,13,1,1(,,,,).Tn n n n n b L L b a a a a --++++==经过1n -次消元,最后得到等价方程组11n n A x b --=其中11121(1)222111111221(1)n n n n n n nn a a a a a A L L L L A a (1)--------⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎣⎦1111(1)(1)112221,12,1,1(,,,)n Tn n n n n n n b L L L L b a a a --------+++==注意到1n A -是一个上三角阵,记111111221n n n U A L L L L A -------==则121()n A L L L U LU -==其中,121n L L L L -= . 不难验证21313212_1111n n nn m L m m m m m ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥= ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ 1 ⎢⎥⎣⎦是单位下三角阵.于是解线性方程组Ax b =,就转化为解方程 LUx b =,若令Ux y =就得到一个与 Ax b =等价的方程组Ly b Ux y =⎧⎨=⎩【定理2.2】 若 A 为 n 阶方阵,且 A 的所有顺序主子式0k ∆≠,1,2,,k n = .则存在唯一的一个单位下三角矩阵 L 和一个上三角矩阵 U ,使A LU =.在上述过程中,若不假设A 的顺序主子式都不为零,只假设A 非奇异,那么Gauss 消去法将不可避免要应用两行对换的初等变换.第一次消元,将第1行与第1r 行交换,相当于将方程组Ax b =左乘矩阵11r P :1111r r P Ax P b=经第一次消元得11111111r r L P Ax L P b--=即系数矩阵为11111r A L P A-=,其中110111r P ⎡⎢ ⎢ 1= 1 0 1 ⎣0 0 ⎤⎥⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎦1 列 1r列 类似地,经1n -次消元,有121111111,22,11n n n n n r n n r r A L P L P L P A----------= .如果预先知道每一个(1,2,,1)iir P i n =- ,则在消元之前就全部作交换,得 1211,2,1,n n n r n r r A P P P A PA----== ,其中,1211,2,1,n n n r n r r P P P P ----= .即原方程变为PAx Pb =然后再消元,相当于对PA 做三角分解PA LU =由以上讨论,可得结论 【定理2.3】 若A 非奇异,则一定存在排列矩阵 P ,使得 PA 被分解为一个单位下三角阵和一个上三角1 行1行r阵的乘积,即PA LU =成立.这时,原方程组Ax b = 等价于 PAx Pb =,即等价于求解LUx Pb =令Ux y =则Ly Pb =实际求解时,先解方程组Ly Pb =,再根据 y 求解 Ux y =,即得原方程组Ax b =的解. 这种求解方法称为三角分解法.常用三角分解方法有以下几种. 1.Doolittle 分解方法 假设系数矩阵A 不需要进行行交换,且三角分解是唯一的. 记21121110n n l L l l ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥=⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎥⎣⎦ , 11121222n n nn u u u u u U u ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥=⎢⎥ ⎢⎥ 0 ⎣⎦ 于是有1112111121222212222112111110n n n n n n n n nn a a a u u u u u a a a l l l a a a ⎡⎤ ⎡⎤⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎣⎦⎣⎦ nn u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥0 ⎣⎦从前面讨论A 的LU 分解过程可看出,L 、U 的元素都是用有关的(1)k ij a -来表示的,而它们的计算较麻烦.现在给出直接从系数矩阵A ,通过比较等式的两边逐步把L 和U 构造出来的方法,而不必利用Gauss 消去法的中间结果(1)k ij a -.计算步骤: (1) 由L 阵的第1行分别乘U 阵的各列,先算出U 阵的第1行元素 11,1,2,,j j u a j n = = .然后,由L 阵的各行分别去乘U 阵的第1列,算出L 阵的第1列元素1111/,2,3,,i i l a a i n = = .(2)现假设已经算出U 阵的前1r -行元素,L 阵的前1r -列元素,下面来算U 阵的第r 行元素,L 阵的第r 列元素.由L 阵的第r 行分别乘U 阵的第j 列(,1,,)j r r n =+ ,得11r ij rk kj rjk a l u u -==+∑所以,得U 阵的第r 行元素11,,1,,r rj rj rk kj k u a l u j r r n-==- =+∑ .再由L 阵的第i 行(1,2,,)i r r n =++ 分别去乘U 阵的第r 列,得11r ir ik kr ir rrk a l u l u -==+∑,所以,得L 阵的第r 列元素11[]/,1,2,,.r ir ir ik kr rr k l a l u u i r r n -==- =++∑取1,2,,r n = 逐步计算,就可完成三角分解A LU =;(3)解与Ax b = 等价的方程组Ly b Ux y =⎧⎨=⎩逐次用向前代入过程先解Ly b = 得1111,2,3,,.i i i ij j j y b y b l y i n -==⎧⎪⎨=- =⎪⎩∑然后再用逐次向后回代过程解Ux y =得1/,()/,1,2,,2,1.n n nn n i i ij j ii j i x y u x y u x u i n n =+=⎧⎪⎨=- =--⎪⎩∑2.Crout 分解方法仍假设系数矩阵A 不需要进行行交换,且三角分解是唯一的.即ˆA L=ˆU .与Doolittle 分解方法的区别在111212122211n n n n nn a a a a a a a a a ⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥=⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎣⎦ 1122ˆˆl l ⎡⎤ 0⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 122ˆ1ˆ10n u u ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ 1 ⎣⎦ 比较两边,则可推导出与Doolittle 分解方法类似的公式,不过Crout 分解方法是先算ˆL 的第r 列,然后再算ˆU的第r 行.3.Cholesky 分解方法若 A 为对称正定矩阵,则有 ˆT U L =,即11()()TT T A LDL LD LD LL ===其中L 为下三角阵. 进一步展开为1121111211112122221222221212n n n n n n nn n n nn a a a l l l l a a a l l l l l l l a a a ⎡⎤⎡⎤ ⎢⎥⎢⎥ 0 ⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎥⎣⎦⎣⎦ 0nn l ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎣⎦ 比较两边对应元素,容易得到12121()r rr rr rk k l a l -==-∑ ,11()/r ir ir ik rk rrk l a l l l -==-∑ 1,2,,;1,2,,.r n i r r n ==++Cholesky 分解的优点:不用选主元. 由21rrr rk k a l ==∑ 可以看出||1,2,,.rk l k r ≤=这表明中间量rk l得以控制,因此不会产生由中间量放大使计算不稳定的现象. Cholesky 分解的缺点:需要作开方运算. 改进的Cholesky 分解: 改为使用分解T A LDL =即11121121121221222121111n n n n n n n n nn a a a d l l l d a a a l l d a a a ⎡⎤ 1 ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥ 1 1 ⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ ⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 2n l ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ 1⎣⎦其中21ˆl 1ˆn l 2ˆn l ˆnn l 1ˆn u12111()/r r rr rk k k r ir ir ik k rk rk d a l d l a l d l d-=-=⎧=-⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩∑∑,1,2,,;1,2,,.r n i r r n ==++Cholesky 分解方法或平方根法:应用Cholesky 分解可将Ax b =分解为两个三角形方程组T Ly b L x y ⎧= ⎪⎨= ⎪⎩分别可解得111111/,()/.i i i ik k ii k y b l y b l y l i n -=⎧=⎪⎨=-, =2,3,,⎪⎩∑和1/,()/1,.n n nn n i i ki k ii k i x y l x y l x l i n n =+⎧=⎪⎨=-, =--2,,2,1⎪⎩∑改进的Cholesky 分解方法或改进的平方根法:应用改进的Cholesky 分解,将方程组Ax b =分解为下面两个方程组1,,T Ly b L x D y -= ⎧⎨= ⎩同理可解得1111,,2,3,,.i i i ik k k y b y b l y i n ==⎧=⎪⎨=- =⎪⎩∑和1/,/,1,2,,2,1.n n n n i i i ki k k i x y d x y d l x i n n =+⎧=⎪⎨=- =--⎪⎩∑ 4.解三对角方程组的追赶法若()ij n n A a ⨯=满足1||||,1,2,,.nii ij j j ia a i n =≠> =∑则称A 为严格对角占优矩阵.若A 满足1||||,1,2,,.nii ij j j ia a i n =≠≥ =∑且其中至少有一个严格不等式成立,则称A 为弱对角占优矩阵.现在考虑Ax d = 的求解,即11112222211111n n n n n n n n n b c x d a b c x d a b c x d d a b x -----⎡⎤⎡⎤⎡⎤ ⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥ = ⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 系数矩阵A 满足条件11||||0,||||||,,0,2,3,, 1.||||0,i i i i i n n b c b a c a c i n b a ⎧>>⎪≥+ ≠=-⎨⎪>>⎩采用Crout 分解方法11112222221111n n n n n n n b c a b c a b c a b βαβγαγα---⎡⎤ ⎡⎤⎢⎥ 1 ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ = ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥⎣⎦ ⎣⎦ 1n β-⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥1 ⎢⎥⎢⎥ 1 ⎣⎦其中,,,i i i αβγ为待定系数.比较上式两边可得到111111,;,,2,3,,;,2,3,, 1.i i i i i i i i i b c a b i n c i n ααβγγβααβ-= == =+ == =-进而可导出1111111,2,3,,.,/,,2,3,,./(),2,3,, 1.i i i i i i ii i i i a i n b c b b i n c b i n γαβααββαβ--⎧= =⎪= =⎪⎨=- =⎪⎪=- =-⎩由此可看出,真正需要计算的是(1,2,,1)i n β=- ,而i α可由,i i b a 和1i β-产生.因此,实现了A 的Crout 分解后,求解Ax d =就等价于解方程组Ly dUx y =⎧⎨=⎩从而得到解三对角方程组的追赶法公式: (1) 计算i β的递推公式:1111/,/(),2,3,, 1.i i i i i c b c b i n ββαβ-⎧=⎪⎨=- =-⎪⎩(2) 解方程组Ly d =:11111/()/(),2,3,,.i i i i i i i y d b y d a y b a i n β--⎧=⎪⎨=-- =⎪⎩(3) 解方程组Ux y =:1,1,2,,2,1.n n i i i i x y x y x i n n β+⎧=⎪⎨=- =--⎪⎩追赶法的乘除法次数是66n -次.将计算121n βββ-→→→ 及12n y y y →→→ 的过程称之为“追”的过程,将计算方程组Ax d =的解121n n x x x x -→→→→ 的过程称之为“赶”的过程.四、迭代法 将Ax b =改写为一个等价的方程组 x Bx k =+建立迭代公式 (1)(),0,1,2,.i i x Bx k i +=+ =称矩阵B 为迭代矩阵.【定义】 如果对固定的矩阵B及向量k,对任意初始猜值向量(0)x ,迭代公式(1)()i i +()i()*lim i i x x →+∞=成立,其中*x 是一确定的向量,它不依赖于(0)x 的选取.则称此迭代公式是收敛的,否则称为发散的.如果迭代收敛,则应有**,x Bx k =+1. 收敛性()()*,0,1,2,i i x x i ε=- =为第i步迭代的误差向量.则有(1)(1)*()*()(),0,1,2,.x x B x x B i εε++=-=-==所以,容易推出()(0),0,1,2,,i i B i εε= =其中,(0)(0)*xxε=-为初始猜值的误差向量.设n nB K ⨯∈,lim 0i i B →+∞=⇔ ()1B ρ<.迭代法收敛基本定理: 下面三个命题是等价的 (1) 迭代法(1)()i i x Bx k +=+收敛;(2)()1B ρ<;(3) 至少存在一种矩阵的从属范数⋅,使1B <注:当条件()1B ρ<难以检验时,用1B 或B ∞等容易求出的范数,检验11B <或1B∞<来作为收敛的充分条件较为方便.常用迭代法如下. 2.Jacob 迭代 考察线性方程组Ax b =,设A 为非奇异的n 阶方阵,且对角线元素0ii a ≠(1,2,,)i n = .此时,可将矩阵A 写成如下形式A D L U =++,1122(,,,)nn D diag a a a = ,21313212000n n a L a a a a ⎡⎤⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥= ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ 0 ⎢⎥⎣⎦ ,12131232000n n a a a a a U ⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥= 0 ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎣⎦ ,建立Jacobi 迭代公式(1)1()1(),i i x D L U x D b +--=-++迭代矩阵11()J B D L U I D A --=-+=-J B 的具体元素为112111122122221200n n J n n nn nn a a a a a a B a a a a a a ⎡⎤ - -⎢⎥⎢⎥⎢⎥- - ⎢⎥=⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥- - 0 ⎢⎥⎣⎦ Jacobi 迭代法的分量形式如下1(1)()()111(),j n i i i jj jm m jm m m m j jj xb a x a x a -+==+=--∑∑1,2,,;0,1,2,.j n i = =3.Gauss-Seidel 迭代容易看出,在Jacobi 迭代法中,每次迭代用的是前一次迭代的全部分量()(1,2,,)i jx j n = .实际上,在计算(1)i j x +时,最新的分量(1)(1)(1)121,,,i i i j x x x +++- 已经算出,但没有被利用.事实上,如果Jacobi 迭代收敛,最新算出的分量一般都比前一次旧的分量更加逼近精确解,因此,若在求(1)i j x+时,利用刚刚计算出的新分量(1)(1)(1)121,,,i i i j x x x+++- ,对Jacobi 迭代加以修改,可得迭代公式1(1)(1)()111(),j ni i i jj jm m jm m m m j jj xb a x a x a -++==+=--∑∑1,2,,;0,1,2,.j n i = =矩阵形式(1)1()1()(),0,1,2,.i i x D L Ux D L b i +--=-++-+=1()G B D L U -=--+注:(1)两种迭代法均收敛时,Gauss-Seidt 迭代收敛速度更快一些.(2)但也有这样的方程组,对Jacobi 迭代法收敛,而对Gauss-Seidel 迭代法却是发散的. 【例2.4】 分别用Jacobi 迭代法和Gauss-Seidel 迭代法求解下面的方程组121232342,46,4 2.x x x x x x x ⎧- =⎪-+-=⎨⎪-+=⎩初始猜值取0(0,0,0)x =. 【解】 Jacobi 迭代公式为(1)()12(1)()()213(1)()321(2),41(6),0,1,2,41(2),4i i i i i i i x x x x x i x x +++⎧=+⎪⎪⎪=++=⎨⎪⎪=+⎪⎩迭代计算4次的结果如下 (1)(2)(3)(4)(0.5,1.5,0.5),(0.875,1.75,0.875),(0.938,1.938,0.938),(0.984,1.969,0.984).T T T T x x x x ====Gauss-Seidel 迭代公式为(1)()12(1)(1)()213(1)(1)321(2),41(6),0,1,2,41(2),4i i i i i i i x x x x x i x x +++++⎧=+⎪⎪⎪=++=⎨⎪⎪=+⎪⎩迭代计算4次的结果如下(1)(2)(3)(4)(0.5,1.625,0.9063),(0.9063,1.9532,0.9883),(0.9883,2.0,0.9985),(0.9985,1.999,0.9998).T T T T x x x x ====从这个例子可以看到,两种迭代法作出的向量序列(){}i x 逐步逼近方程组的精确解*(1,2,1)T x =,而且Gauss-Seidel 迭代法收敛速度较快.一般情况下,当这两种迭代法均收敛时,Gauss-Seidt 迭代收敛速度更3.超松弛迭代法为了加快迭代的收敛速度,可将Gauss-Seidel 迭代公式改写成1(1)()(1)()11(),j ni i i i jjj jm m jm m m m jjj xx b a x a x a -++===+--∑∑ 1,2,,;0,1,2,.j n i = =并记1(1)(1)()11(),j ni i i jj jm m jm m m m jjj rb a x a x a -++===--∑∑称 (1)i j r + 为 1i + 步迭代的第 j 个分量的误差向量.当迭代收敛时,显然有所有的误差向量(1)0(),1,2,,.i j r i j n +→→∞=为了获得更快的迭代公式,引入因子R ω∈,对误差向量 (1)i j r + 加以修正,得超松弛迭代法(简称SOR 方法)(1)()(1),0,1,2,.i i i j j j x x r i ω++=+ =即1(1)()(1)()1(),j ni i i i jjj jm mjm m m m jjjxx b a xa x a ω-++===+--∑∑1,2,,;0,1,2,.j n i = =适当选取因子ω,可望比Gauss-Seidel 迭代法收敛得更快.称ω为松弛因子.特别当1ω=时,SOR 方法就是Gauss-Seidel 迭代法.写成矩阵向量形式(1)1()1()[(1)](),j i x D L D U x D L b ωωωωω+--=+--++0,1,2,.i =迭代矩阵为1()[(1)].B D L D U ωωωω-=+--实际计算时,大部分是由计算经验或通过试算法来确定opt ω的近似值.所谓试算法就是从同一初始向量出发,取不同的松驰因子ω迭代相同次数(注意:迭代次数不应太少),然后比较其相应的误差向量()()i i r b Ax =-(或()(1)i i x x --),并取使其范数最小的松弛因子ω作为最佳松弛因子opt ω的近似值.实践证明,此方法虽然简单,但往往是行之有效的. 4.迭代收敛其它判别方法:用迭代法收敛基本定理来判断收敛性时,当n 较大时,迭代矩阵的谱半径计算比较困难,因此,人们试图建立直接利用矩阵元素的条件来判别迭代法的收敛定理. (1) 若方程组Ax b =中的系数矩阵A 是对称正定阵,则 Gauss-Seidel 迭代法收敛. 对于SOR 方法,当02ω<< 时迭代收敛(2)若A 为严格对角占优阵,则解方程组 Ax b = 的Jacobi 迭代法,Gauss -Seidel 迭代法均收敛. 对于SOR 方法,当01ω<< 时迭代收敛.【例2.5】 设线性方程组为121221,32,x x x x ⎧+=-⎪⎨+=⎪⎩建立收敛的Jacobi 迭代公式和Gauss -Seidel 迭代公式. 【解】 对方程组直接建立迭代公式,其Jacobi 迭代矩阵为0230J B -⎡⎤=⎢⎥- ⎣⎦,显见谱半径()1J B ρ=>,故Jacobi 迭代公式发散.同理Gauss -Seidel 迭代矩阵为0206G B -⎡⎤=⎢⎥ ⎣⎦,谱半径()61G B ρ=>,故Gauss -Seidel 选代公式也发散. 若交换原方程组两个方程的次序,得一等价方程组121232,21,x x x x ⎧+=⎪⎨+=-⎪⎩其系数矩阵显然对角占优,故对这一等价方程组建立的Jacobi 迭代公式,Gauss -Seidel 迭代公式皆收敛. (3)SOR 方法收敛的必要条件是 02ω<<【定理2.5】 如果A 是对称正定阵,且02ω<<,则解Ax b =的SOR 方法收敛.注:当(0,2)ω∈ 时,并不是对任意类型的矩阵A ,解线性方程组Ax b =的SOR 方法都是收敛的.当SOR 方法收敛时,通常希望选择一个最佳的值opt ω使SOR 方法的收敛速度最快.然而遗憾的是,目前尚无确定最佳超松弛因子opt ω的一般理论结果.实际计算时,大部分是由计算经验或通过试算法来确定opt ω的近似值.所谓试算法就是从同一初始向量出发,取不同的松驰因子ω迭代相同次数(注意:迭代次数不应太少),然后比较其相应的误差向量()()i i r b Ax =-(或()(1)i i x x --),并取使其范数最小的松弛因子ω作为最佳松弛因子opt ω的近似值.实践证明,此方法虽然简单,但往往是行之有效的.【例2.6】 求解线性方程组Ax b =,其中10.3000900.308980.30009100.4669110.274710.30898A - -- -0.46691 0= - -- 00.274711(5.32088,6.07624,8.80455,2.67600).T b ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥ - ⎣⎦ =-分别利用Jacobi 迭代法,Gauss -Seidel 迭代法,SOR 迭代法求解. 【解】其结果列入下表中,方程组精确解(五位有效数字)为*(8.4877,6.4275, 4.7028,4.0066).T x =-Jacobi 迭代法计算结果i()1i x()2i x ()3i x ()4i x ()2||||i r0 012.3095 1 5.3209 6.0762 -8.8046 2.6760 5.3609 27.97113.5621 -5.2324 1.90143.631820 8.4872 6.4263 -4.7035 4.0041 0.0041 218.48606.4271 -4.7050 4.0063 0.0028Gauss-Seidel 迭代法计算结果i()1i x()2i x()3i x()4i x()2||||i r0 012.3095 1 5.3209 7.6730 -5.2220 2.8855 3.6202 28.51506.1933 -5.1201 3.90040.49098 8.4832 6.4228 -4.7064 4.0043 0.0078 98.48556.4252-4.70554.00550.0038SOR 迭代法计算结果(1.16ω=)i()1i x()2i x()3i x()4i x()2||||i r0 012.3095 1 6.1722 9.1970 -5.2320 3.6492 3.6659 29.69416.1177 -4.8999 4.43351.33136 8.4842 6.4253 -4.7005 4.4047 0.0051 78.48686.4288-4.70314.00650.0016计算结果表明,若求出精确到小数点后两位的近似解,Jacobi 迭代法需要21次,Gauss -Seidel 迭代法需要9次,而SOR 迭代法(选松弛因子 1.16ω=)仅需要7次,起到加速作用.5.误差分析 【定理2.6】设 *x 是方程 Ax b = 的惟一解,v ⋅ 是某一种向量范数,若对应的迭代矩阵其范数1v B <,则迭代法(1)(),0,1,2,.i i xBx k i +=+ = 收敛,且产生向量序列(){}i x 满足()*()(1)||||||||||||1||||i i i vv vvB x x x x B --≤--()*(1)(0)||||||||||||1||||i i vv vvB x x x x B -≤--【证明】 由迭代收敛基本定理的(3)知,迭代法(1)(),0,1,2,.i i x Bx k i +=+ =收敛到方程的解*x .于是,由迭代公式立即得到(1)*()*(1)()()(1)(),().i i i i i i x x B x x x x B x x ++--=--=-为书写方便把v 范数中v 略去,有估计式(1)*()*||||||||||||,i i x x B x x +-≤⋅-(1)()()(1)||||||||||||.i i i i x x B x x +--≤⋅-再利用向量范数不等式||||||||||||x y x y -≥-于是得第一个不等式()(1)(1)()()*(1)*()*||||||||||||||||||||(1||||)||||,i i i i i i i B x x x x x x x x B x x -++ -≥-≥--- ≥--再反复递推即第二个不等式.注:(1)若事先给出误差精度ε,利用第二个不等式可得到迭代次数的估计(1)(0)(1||||)ln ln ||||||||v v v B i B x x ε⎡⎤->⎢⎥-⎣⎦ (2)在||||v B 不太接近1的情况下,由第一个不等式,可用()(1)||||i i v x x ε--<作为控制迭代终止的条件,并取 ()i x 作为方程组 Ax b = 的近似解.但是在||||v B 很接近1时,此方法并不可靠.一般可取1,2,v =∞或F .【例2.7】 用Jacobi 迭代法解方程组123123123202324,812,231530.x x x x x x x x x ⎧++=⎪++=⎨⎪-+=⎩问Jacobi 迭代是否收敛?若收敛,取(0)(0,0,0)T x =,需要迭代多少次,才能保证各分量的误差绝对值小于610-?【解】 Jacobi 迭代的分量公式为(1)()()123(1)()()213(1)()()3121(2423)201(12),0,1,2,81(3022),15i i i i i i i i i x x x x x x i x x x +++⎧=--⎪⎪⎪=-- =⎨⎪⎪=-+⎪⎩Jacobi 迭代矩阵J B 为130102011088210155J B ⎡⎤ - -⎢⎥⎢⎥⎢⎥=- -⎢⎥⎢⎥⎢⎥- ⎢⎥⎣⎦,由5251||||max ,,1208153J B ∞⎧⎫==<⎨⎬⎩⎭知,Jacobi 迭代收敛. 因设(0)(0,0,0)Tx =,用迭代公式计算一次得(1)(1)(1)12363,, 2.52x x x = = =而(1)(0)|||| 2.x x ∞-=于是有6110(1)13ln ln 13.23i -⎡⎤⋅-⎢⎥>=⎢⎥⎢⎥⎣⎦所以,要保证各分量误差绝对值小于610-,需要迭代14次.【例2.8】 用Gauss -Seidel 迭代法解例2.11中的方程组,问迭代是否收敛?若收敛,取(0)(0,0,0)Tx =,需要迭代多少次,才能保证各分量误差的绝对值小于610-?【解】 Gauss -Seidel 迭代矩阵G B 为102403601()03025524000G B D L U - - ⎡⎤⎢⎥=-+= -⎢⎥⎢⎥ 38 -3⎣⎦显然1||||14G B =<,所以迭代收敛. Gauss -Seidel 迭代分量公式为(1)()()123(1)(1)()213(1)(1)(1)3121(2423),201(12),0,1,2,81(3022),15i i i i i i i i i x x x x x x i x x x ++++++⎧=--⎪⎪⎪=-- =⎨⎪⎪=-+⎪⎩因取(0)(0,0,0)T x =,故迭代一次得(1)(1)(1)1231.2, 1.35, 2.11x x x = = =于是有(1)(0)|||| 2.11x x ∞-=,计算得6110(1)14ln ln 10.2.114i -⎡⎤⋅-⎢⎥>=⎢⎥⎢⎥⎣⎦所在,要保证各分量误差绝对值小于610-,需要迭代11次.。
第二章自测题答案及解析
第二章自测题答案及解析一、选择题1.[答案]C【解析】500X B ⎛⎫ ⎪⎝⎭50,1000,{}()()3497350030.050.95P x C ==,应选C 2.[答案]A【解析】{}{}()4>340.20.0016P X P X ====,应选A 3.[答案]D【解析】离散型随机变量的分布函数是不连续函数,应选D 4.[答案]B【解析】()121lim lim011x x F x x →∞→∞==≠+,()1F x 不是分布函数;()3lim 01x x F x e -→∞==≠,()3F x 不是分布函数;()431311lim lim arctan 042442x x F x x π→∞→∞⎛⎫=+=-=≠ ⎪⎝⎭,()4F x 不是分布函数,应选B5.[答案]D 【解析】()1021011010a a af x dx dx a x x+∞+∞+∞-∞==-===⎰⎰,应选D 6.[答案]C【解析】()2212ba b a f x dx xdx +∞-∞-===⎰⎰,当0a =,b =时,2212b a -=,应选C7.[答案]A 【解析】(){2,1<<120,x f x -=其他,不满足()21f x dx +∞-∞=⎰;(){(),1<<1330,0x x f x f x -=≥其他,不满足;(){()2,1<<1440,1x x f x f x dx +∞--∞==⎰其他,不满足;应选A8.[答案]B【解析】{}()111011124x P x f x dx dx --≤≤===⎰⎰,应选B 9.[答案]A【解析】(){}()14,2<<420,313<<42x X f x P X f x dx ⎧===⎨⎩⎰其他,{}()3.252.2512.25<<3.252P X f x dx ==⎰应选A(注意:{}()43.513.5<<4.54P X f x dx ==⎰{} 5.54.54.5<<5.500P X dx ==⎰)10.[答案]B 【解析】()()()()221221,4x f x X N +-⋅=- ,应选B11.[答案]D【解析】(){}{}22Y y F y P Y y P X y P X ⎧⎫=≤=-≤=≥-⎨⎬⎩⎭1122X y y P X F ⎧⎫⎛⎫=-≤-=--⎨ ⎪⎩⎭⎝⎭()()122Y y F y f x ⎛⎫=- ⎪⎝⎭应选D 二、填空题1.[答案]0.1【解析】20.10.30.330.71a a a ++++=+=,0.1a =2.[答案]12【解析】(){}{}{}31221262F P X P X P X =≤==+===3.[答案]3132【解析】15,2X B ⎛⎫ ⎪⎝⎭{}{}51314151232P X P X ⎛⎫≤=-=-=⎪⎝⎭4.[答案]2【解析】{}000!P X e e λλλ--==={}2222!2P X e eλλλλ--===由于24ee λλλ--=,>0λ,故2λ=.5.[答案]0.4【解析】由()F x 可以看出X 服从离散型分布X a b P 0.40.6{}<<0.422aa b P X P X a +⎧⎫===⎨⎬⎩⎭6.[答案]0【解析】{}0P X c ==7.[答案]13xe【解析】当<0x 时,()()1133x x f x F x e e'⎛⎫'=== ⎪⎝⎭8.[答案]22e-【解析】()(){()22,020,0,12x e x x f x F x f e --≤'=== 9.[答案]3【解析】{}()11111>1223aa P X f x dx dx a a +∞-====⎰⎰,3a =10.[答案]1【解析】()()()()11x x x x Φ+Φ-=Φ+-Φ=⎡⎤⎣⎦11.[答案]x μσ-⎛⎫Φ⎪⎝⎭【解析】(){}X x x F x P X x P μμμσσσ---⎧⎫⎛⎫=≤=≤=Φ⎨ ⎪⎩⎭⎝⎭12.[答案]0.5【解析】{}()22000.52X P X P ≤⎧⎫≤=≤=Φ=⎨⎬⎩⎭13.[答案]6.5【解析】{}555<<<0.6915<6.5333X a a P X a P a ---⎧⎫=⎨⎩⎭()218y --【解析】当()2,Y N μσ时,()0,1Y N μσ- ,令Y X μσ-=,则Y X σμ=+,由21Y X =+,故2σ=,1μ=,()()218y Y F y --=三、【解析】X 的可能取值,0,1,2{}22251010C P X C ==={}1123256110C C P X C ==={}23253210C P X C ===X 的分布规律为X012P0.10.60.3四、【解析】(1)(),1<0,0<10,x x f x x x --≤⎧⎪=≤⎨⎪⎩其他当<1x -时,()0F x =;当1<0x -≤时,()()21122xx F x t dt -=-=-⎰;当0<1x ≤时,()()210122xx F x t dt tdt -=-+=+⎰⎰;当1x ≥时,()()0111F x t dt tdt -=-+=⎰⎰()220,<11,1<0221,0<1221,1x x x F x x x x -⎧⎪⎪--≤⎪=⎨⎪+≤⎪⎪≥⎩(2){}()5<0.50.58P X F ==(3){}{}()115>0.510.510.51288P X P X F ⎛⎫-=-≤-=--=--= ⎪⎝⎭五、【解析】(1){}()20001200020001>20002000xP P X f x dx e dx -+∞+∞===⎰⎰120002000xee --+∞=-=(2)()4421P P e-==。
厦门理工学院高数练习题答案第二章答案高数
19高等数学练习题 第二章 导数与微分 系 专业 班 姓名 学号第一节 导数概念 一.填空题一.填空题1.若)(0x f ¢存在,则xx f x x f x D -D -®D )()(lim000= )(0x f ¢-2.hh x f h x f h )()(lim 000--+®= )(20x f ¢ , 又当0)0(=f 时x x f x )(lim 0®= )0(f ¢ 3.设20-=¢)(x f , 则=--®)()2(lim )000x f x x f x x 414.已知物体的运动规律为2t t s +=(米),则物体在2=t 秒时的瞬时速度为5(米/秒)5.曲线x y co s =上点(3p,21)处的切线方程为03123=--+p y x ,法线方程为 0322332=-+-py x 6.用箭头⇒或⇏表示在一点处函数极限存在、连续、可导、可微之间的关系,表示在一点处函数极限存在、连续、可导、可微之间的关系, 可微可微 Û 可导可导 Ü/Þ 连续连续 Ü/Þ 极限存在。
极限存在。
二、选择题二、选择题1.设0)0(=f ,且)0(f ¢存在,则xx f x )(lim 0®= [ B ] (A ))(x f ¢ ( B) )0(f ¢ (C) )0(f (D) 21)0(f 2. 设)(x f 在x 处可导,a ,b 为常数,则xx b x f x a x f x D D --D +®D )()(lim= [ B] (A ))(x f ¢ ( B) )()(x f b a ¢+ (C) )()(x f b a ¢- (D) 2ba +)(x f ¢3. 函数在点0x 处连续是在该点0x 处可导的条件处可导的条件 [ B ] (A )充分但不是必要)充分但不是必要 (B )必要但不是充分)必要但不是充分 (C )充分必要)充分必要 (D )即非充分也非必要)即非充分也非必要 4.设曲线22-+=x x y 在点M 处的切线斜率为3,则点M 的坐标为的坐标为 [ B ] (A )(0,1) ( B) (1, 0) (C) ( 0,0)(D) (1,1)5.5.设函数设函数|sin |)(x x f =,则,则 )(x f 在0=x 处 B ] ] (A )不连续。
高等数学第二章答案2-4
高等数学第二章答案2-4习题241求由下列方程所确定的隐函数y的导数(1)y22某y90(2)某3y33a某y0(3)某ye某y(4)y1某ey解(1)方程两边求导数得2yy2y2某y0于是(y某)yyyyy某dyd某(2)方程两边求导数得3某23y2y2ay3a某y0于是(y2a某)yay某2ay某2y2ya某(3)方程两边求导数得y某ye某y(1y)于是(某e某y)ye某yye某yyy某e某y(4)方程两边求导数得yey某eyy于是(1某ey)yeyeyy1某ey在点(a,2a)处的切线方程和法线方程44解方程两边求导数得22某32y3y033112求曲线某32y32a3于是y1某3y3在点(a,a)处y144所求切线方程为ya(某a)即某ya442所求法线方程为ya(某a)即某y044d2y3求由下列方程所确定的隐函数y的二阶导数d某22(1)某y1(2)b2某2a2y2a2b2(3)ytan(某y)(4)y1某ey解(1)方程两边求导数得2某2yy0y某yy某某y某yyy2某2某1y(yy2y2y3y3(2)方程两边求导数得2b2某2a2yy02by2某ay2b某y某(2y2y某y2abby222ayay22a2y2b2某24bb223aa2y3ay(3)方程两边求导数得yec2(某y)(1y)e2c(某y)1y221ec(某y)co(某y)12in(某y)co2(某y)112in(某y)y22(1y2)221y3y3(12)yyyy5(4)方程两边求导数得yey某eyyyyyeeey1某ey1(y1)2yeyy(2y)ey(y)ey(3y)ye2y(3y)y223(2y)(2y)(2y) 4用对数求导法求下列函数的导数(1)y(某)某1某(2)y某5某222(3某)4(3)y(某1)(4)y某in某e某解(1)两边取对数得lny某ln|某|某ln|1某|,两边求导得11(某)某1yln某某ln1y某1某于是y(某某[l某1]1某1某1某(2)两边取对数得lny1ln|某5|1ln某(22)525两边求导得11112某yy5某525某2于是y15某5[112某]某22某55某2(3)两边取对数得lny1ln某(2)4ln3(某)5ln某(1)2两边求导得1y145y2(某2)3某某1某2(3某)4145]于是y[2(某2)某3某1(某1)(4)两边取对数得lny1ln某1lnin某1ln1(e某)224两边求导得某111etyco某y2某24(1e)某某e某[11co某te某]于是y某in2某24(1e)某1e某2某in某e[2cot某某]4某e15求下列参数方程所确定的函数的导数dyd某某at2(1)2ybt某(1in)(2)yco2dyy解(1)t3bt3btd某某t2at2adyy(2)coin1incod某某某etint,时dy的值6已知求当tt3d某yecot.dyytetcotetintcotint解d某某teintecotintcot1dy12当t时d某131227写出下列曲线在所给参数值相应的点处的切线方程和法线方程某int(1)在t处4yco2t某3at1t(2)2在t=2处3aty1t2dyy解(1)t2in2td某某tcot)2in(2dy22某y0当t时002d某4co42所求切线方程为y2(某2)即某y202所求法线方程为y1(某即某4y10226at(1t2)3at22t6at(2)yt(1t)(1t)3a(1t2)3at2t3a3at2某t(1t)(1t)dyy6at22t2d某某t3a3at1tdy224当t2时某06ay012a2d某12355所求切线方程为y12a4(某6a)即4某3y12a0535所求法线方程为y12a3(某6a)即3某4y6a0545d2y8求下列参数方程所确定的函数的二阶导数d某2某t(1)2y1t.某acot(2)ybint某3et(3)ty2e某ft(t)(4)设f(t)存在且不为零tytf(t)f(t)12dyyt1dy(y21)解(1)d某某tt某ttt3d某2dyytbcotbcott(2)d某某taintabcc2t2dy(yb)某taintd某2a2in3tdyyt2et2e2t(3)d某某t3e322e2t2dy(y)t4e3t2某t9d某3edyyf(t)tf(t)f(t)t(4)d某某tf(t)d2y(y1某)t某tf(t)d某2d3y9求下列参数方程所确定的函数的三阶导数d某某1t2(1)3ytt某ln(1t2)(2)ytarctantdy(tt3)13t2解(1)d某(1t2)2t13t2)(d2y1(13)2t4ttd某1(13)3dy35(1t2)32td某8t311dy(tarctant)1t(2)2td某[ln(21t2)]21t1t)(2dy1t24td某1t2221td3y()t41d某8t21t10落在平静水面上的石头产生同心波纹若最外一圈波半径的增大率总是6m/问在2秒末扰动水面面积的增大率为多少?解设波的半径为r对应圆面积为S则Sr2两边同时对t求导得St2rr 当t2时r6212rt6故St|t22126144(米2秒)11注水入深8m上顶直径8m的正圆锥形容器中其速率为4m2/min当水深为5m时其表面上升的速度为多少?解水深为h时水面半径为r1h水面面积为S1h224水的体积为V1hS1h1h2h333412dV3h2dhdh4dVdt12dtdthdt已知h5(m),dV4(m3/min)因此dh42dV4416(m/min)dthdt2525dt12溶液自深18cm直径12cm的正圆锥形漏斗中漏入一直径为10cm的圆柱形筒中开始时漏斗中盛满了溶液已知当溶液在漏斗中深为12cm时其表面下降的速率为1cm/min问此时圆柱形筒中溶液表面上升的速率为多少?解设在t时刻漏斗在的水深为y圆柱形筒中水深为h于是有162181r2y52h33yry由得r代入上式得618311y6218(2y52h333即162181y352h333两边对t求导得221yy5ht3当y12时yt1代入上式得1122(1)ht160.64(cm/min).255。
高等数学第二章测验题答案
易知 , f ( x ) 在 | x | 1 处连续 . 在 x 1 处 , x 1 f ( x ) f ( 1) 1 , (1) lim f lim x 1 x 1 x 1 x ( 1)
f (1) lim f ( x ) f ( 1) x 1 x ( 1)
2. f ( x )在x a可导,则F ( x ) | f ( x ) | 在x a
2.
应选 (B ) .
不可导的充要条件是 ( ), 并说明理由 . ( A) f (a ) 0, f (a ) 0; ( B ) f (a ) 0, f (a ) 0;
(C ) f (a ) 0, f (a ) 0; ( D) f (a ) 0, f (a ) 0.
由于 f ( 1) f ( 1) , 故 f ( x ) 在 x 1 处不可导 . 在 x 1 处 ,
x 1 ( x 1)2 lim 4 0. x 1 x 1
x 1 , x 1 x 1 ( x 1)2 , f ( x) 4 1 x 1 x 1, x 1
同样可求导y2 x
tan x
tan x [sec x ln x ] x
2
2 y log 2 log 3 log 5 x;
解:令 y 1 1 (log3 log5 x) ln 2 log3 log5 x
1 1 1 1 (log5 x) ln 2 log3 log5 x ln 3 log5 x 1 1 1 1 1 1 ln 2 ln 3 ln 5 log3 log5 x log5 x x
一、 1.
应选 ( A) .
1. 设f ( x )可导,F ( x ) f ( x )(1 | sin x |),
2021_2022学年新教材高中数学第二章一元二次函数方程和不等式测评习题含解析新人教A版必修第一册
第二章测评(时间:120分钟满分:150分)一、选择题(本大题共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.不等式-x2-5x+6≥0的解集为()A.{x|-6≤x≤1}B.{x|2≤x≤3}C.{x|x≥3,或x≤2}D.{x|x≥1,或x≤-6}-x2-5x+6≥0可化为x2+5x-6≤0,即(x+6)(x-1)≤0,解得-6≤x≤1,故不等式的解集为{x|-6≤x≤1}.2.已知A={x|x2-2x>0},B={x|x-3<0},则A∪B=()x-1A.{x|1<x<2}B.{x|2<x<3}C.{x|x<0,或x>1}D.{x|x<0,或1<x<2}A={x|x>2,或x<0},B={x|1<x<3},∴A∪B={x|x<0,或x>1}.3.李辉准备用自己节省的零花钱买一台学习机,他现在已存有60元.计划从现在起以后每个月节省30元,直到他至少有400元.设x个月后他至少有400元,则可以用于计算所需要的月数x的不等式是()A.30x-60≥400B.30x+60≥400C.30x-60≤400D.30x+40≤400x月后所存的钱数为y,则y=30x+60,由于存的钱数不少于400元,故不等式为30x+60≥400.4.若a<1<b ,则下列结论正确的是() A.1a >1b B.ba >1C.a 2<b 2D.ab<a+bA,若a=-2,b=2,则不成立, 对于B,若a=-2,b=2,则不成立, 对于C,若a=-2,b=2,则不成立, 对于D,∵a<1<b ,∴a-1<0,b-1>0,∴(a-1)(b-1)<0,即ab-a-b+1<0, ∴ab+1<a+b ,∴ab<a+b ,故D 成立.5.设函数y=4x+1x -1(x<0),则y () A.有最大值3B.有最小值3 C.有最小值-5D.有最大值-5x<0,∴-x>0.∴y=4x+1x -1=-[(-4x)+1-x ]-1≤-4-1=-5,当且仅当x=-12时,等号成立.∴y 有最大值-5.6.如果a ∈R ,且a 2+a<0,那么a ,a 2,-a 的大小关系为 ()A.a 2>a>-aB.-a>a 2>aC.-a>a>a 2D.a 2>-a>aa 2+a<0,即a (a+1)<0,所以-1<a<0,因此-a>a 2>0,有-a>a 2>a.故选B .7.已知a>0,b>0,且2a+b=2,则ab 的最大值为() A.12B.√22C.1D.√2a>0,b>0,且2a+b=2,∴ab=12×(2a ·b )≤12×(2a+b 2)2=12,当且仅当2a=b ,且2a+b=2,即a=12,b=1时,取得最大值12.故选A .8.某人从甲地到乙地往返的速度分别为a 和b (a<b ),其全程的平均速度为v ,则() A.v=a+b 2B.v=√abC.a<v<√abD.√ab <v<a+b 2S ,往返的速度分别为a=St 1,b=St 2(a<b ),则其全程的平均速度为v=2St1+t 2=2SSa +S b=21a +1b<√ab ,又v>a ,故a<v<√ab .9.已知正实数a ,b 满足4a+b=30,使得1a+1b 取最小值时,实数对(a ,b )是()A.(5,10)B.(6,6)C.(10,5)D.(7,2)a ,b>0,∴1a +1b =130(4a+b )(1a +1b )=1305+b a +4a b≥130(5+2√4)=310,当且仅当{b a =4ab ,4a +b =30时,取“=”.这时a=5,b=10.10.已知不等式ax 2+5x+b>0的解集是{x|2<x<3},则不等式bx 2-x-a>0的解集是() A.{x |-12<x <13}B.{x |x <-13,或x >12} C.{x|x<-3,或x>-2}D.{x|-3<x<-2}ax 2+5x+b>0的解集是{x|2<x<3},所以a<0,且方程ax 2+5x+b=0的实数根为2和3,所以{2+3=-5a ,2×3=ba ,解得a=-1,b=-6.所以不等式bx 2-x-a>0为-6x 2-x+1>0, 即6x 2+x-1<0,解得-12<x<13.所以不等式bx 2-x-a>0的解集是x |-12<x<13.11.已知函数y=x 2-3x+2(x<-2),则函数y ()A.有最小值-2B.有最小值2C.有最大值-2D.有最大值-6x<-2,∴x+2<0,令x+2=t ,则t<0. ∵y=x 2-3x+2, ∴y=(t -2)2-3t =t 2-4t+1t=t+1t -4=-[(-t)+(-1t )]-4≤-2-4=-6,当且仅当t=1t ,且t<0,即t=-1,从而有x=-3时取最大值-6.故选D .12.设a>0,b>0,则下列不等式中不一定成立的是() A.a+b+√ab≥2√2B.2aba+b≥√abC.22√ab≥a+b D.(a+b )(1a +1b )≥4a>0,b>0,∴a+b+√ab≥2√ab +√ab≥2√2,当且仅当a=b ,且2√ab =√ab,即a=b=√22时,取等号,故A 成立;∵a+b ≥2√ab >0,∴2aba+b ≤2√ab=√ab ,当且仅当a=b 时,取等号,∴2aba+b ≥√ab 不一定成立,故B 不成立; ∵2aba+b ≤2√ab=√ab ,当且仅当a=b 时,取等号,∴a 2+b 2a+b=(a+b)2-2aba+b=a+b-2aba+b ≥2√ab −√ab ,当且仅当a=b 时,取等号,∴a 2+b 2a+b≥√ab ,∴22√ab≥a+b ,故C 一定成立;∵(a+b )(1a +1b )=2+ba +ab ≥4,当且仅当a=b 时,取等号,故D 一定成立.故选B .二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分.把答案写在题中的横线上) 13.设M=5a 2-a+1,N=4a 2+a-1,则M ,N 的大小关系为.M-N=5a 2-a+1-(4a 2+a-1)=a 2-2a+2=(a-1)2+1≥1>0,∴M>N.14.已知关于x 的不等式x 2-x+a-1≥0在R 上恒成立,则实数a 的取值X 围是.x 的不等式x 2-x+a-1≥0在R 上恒成立,所以其对应二次函数的图象与x 轴最多有一个交点,所以判别式Δ=(-1)2-4(a-1)≤0,解得a ≥54.≥5415.已知方程ax 2+bx+1=0的两个根为-14,3,则不等式ax 2+bx+1>0的解集为.,方程ax 2+bx+1=0的两个根为-14,3,则有(-14)×3=1a ,解得a=-43<0, 则ax 2+bx+1>0⇒-14<x<3, 即不等式的解集为{x |-14<x <3}.|-14<x <3} 16.下列命题:①设a ,b 是非零实数,若a<b ,则ab 2>a 2b ;②若a<b<0,则1a >1b ;③函数y=2√x 2+2的最小值是2;④若x ,y 是正数,且1x +4y =1,则xy 的最小值是16.其中正确的是.(填序号)ab 2-a 2b=ab (b-a ).由于a ,b 符号不定,故上式符号无法确定,故①不对.②中在a<b两边乘正数1ab ,得1a>1b,故②对.③中y=2√x2+2=√x2+2+√x2+2≥2,但由√x2+2=√x2+2,x2+2=1无解,故③不对.④中,∵1x +4y=1≥2√4xy,∴xy≥16,即④对.三、解答题(本大题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)17.(本小题满分10分)已知a>0,b>0,且a≠b,比较a2b +b2a与a+b的大小.(a2 b +b2a)-(a+b)=a2b-b+b2a-a=a2-b2b +b2-a2a=(a2-b2)(1b-1a)=(a2-b2)a-bab =(a-b)2(a+b)ab,又a>0,b>0,a≠b,∴(a-b)2>0,a+b>0,ab>0,∴(a2b +b2a)-(a+b)>0,∴a2b+b2a>a+b.18.(本小题满分12分)解关于x的不等式56x2+ax-a2<0.(7x+a)(8x-a)<0,即(x+a7)(x-a8)<0.①当-a7<a8,即a>0时,-a7<x<a8;②当-a7=a8,即a=0时,原不等式的解集为⌀;③当-a7>a8,即a<0时,a8<x<-a7.综上可知,当a>0时,原不等式的解集为{x|-a7<x<a8};当a=0时,原不等式的解集为⌀;当a<0时,原不等式的解集为x|a8<x<-a7.19.(本小题满分12分)(1)已知式子√13+2x -x 2,求使式子有意义的x 的取值集合;(2)已知函数y=x 2-4ax+a 2(a ∈R ),关于x 的不等式y ≥x 的解集为R ,某某数a 的取值X 围.由13+2x -x 2≥0,得3+2x-x 2>0,解得-1<x<3,故使式子有意义的x 的取值集合是{x|-1<x<3}. (2)∵y ≥x 的解集为R ,∴当x ∈R 时,x 2-(4a+1)x+a 2≥0恒成立. ∴Δ=(4a+1)2-4a 2≤0,即12a 2+8a+1≤0,即(2a+1)(6a+1)≤0,∴-12≤a ≤-16,∴a 的取值X 围为{a |-12≤a ≤-16}.20.(本小题满分12分)已知关于x 的不等式ax -5x 2-a <0的解集为M. (1)若3∈M ,且5∉M ,某某数a 的取值X 围. (2)当a=4时,求集合M.由3∈M ,知3a -59-a <0,解得a<53或a>9; 若5∈M ,则5a -525-a <0,解得a<1或a>25.则由5∉M ,知1≤a ≤25,因此所求a 的取值X 围是1≤a<53或9<a ≤25. (2)当a=4时,4x -5x 2-4<0.4x -5x 2-4<0⇔{4x -5>0,x 2-4<0或{4x -5<0,x 2-4>0⇔{x >54,-2<x <2或{x <54,x <-2或x >2 ⇔54<x<2或x<-2.故M={x |x <-2,或54<x <2}.21.(本小题满分12分)证明不等式:a ,b ,c ∈R ,a 4+b 4+c 4≥abc (a+b+c ).a4+b4≥2a2b2,b4+c4≥2b2c2,c4+a4≥2c2a2,∴2(a4+b4+c4)≥2(a2b2+b2c2+c2a2),即a4+b4+c4≥a2b2+b2c2+c2a2.又a2b2+b2c2≥2ab2c,b2c2+c2a2≥2abc2,c2a2+a2b2≥2a2bc,∴2(a2b2+b2c2+c2a2)≥2(ab2c+abc2+a2bc),即a2b2+b2c2+c2a2≥abc(a+b+c).∴a4+b4+c4≥abc(a+b+c).22.(本小题满分12分)某商店预备在一个月内分批购买每X价值为20元的书桌共36X,每批都购入x X(x是正整数),且每批均需付运费4元,储存购入的书桌一个月所付的保管费与每批购入书桌的总价值(不含运费)成正比,若每批购入4X,则该月需用去运费和保管费共52元,现在全月只有48元资金可以用于支付运费和保管费.(1)求该月需用去的运费和保管费的总费用y;(2)能否恰当地安排每批进货的数量,使资金够用?写出你的结论,并说明理由.设题中比例系数为k,若每批购入x X,则共需分36x批,每批价值20x.由题意,y=36x·4+k·20x,由x=4时,y=52,得k=1680=15.故y=144x+4x(0<x≤36,x∈N*).(2)可以使资金够用.理由如下:由(1)知y=144x+4x(0<x≤36,x∈N*),则y≥2√144x·4x=48(元).当且仅当144x=4x,即x=6时,上式等号成立.故只需每批购入6X书桌,可以使资金够用.。
人教版高中数学必修2第二章测试题A组及答案解析
人教版高中数学必修2第二章测试题A组及答案解析第二章点、直线、平面之间的位置关系一、选择题1.设 $\alpha$,$\beta$ 为两个不同的平面,$l$,$m$ 为两条不同的直线,且 $l\subset\alpha$,$m\subset\beta$,有如下的两个命题:①若 $\alpha\parallel\beta$,则 $l\parallel m$;②若 $l\perp m$,则 $\alpha\perp\beta$。
那么()。
A。
①是真命题,②是假命题B。
①是假命题,②是真命题C。
①②都是真命题D。
①②都是假命题2.如图,ABCD为正方体,下面结论错误的是()。
A。
BD $\parallel$ 平面CBB。
AC $\perp$ BDC。
AC $\perp$ 平面CBD。
异面直线AD与CB角为60°3.关于直线 $m$,$n$ 与平面 $\alpha$,$\beta$,有下列四个命题:① $m\parallel\alpha$,$n\parallel\beta$ 且$\alpha\parallel\beta$,则 $m\parallel n$;② $m\perp\alpha$,$n\perp\beta$ 且 $\alpha\perp\beta$,则$m\perp n$;其中真命题的序号是()。
A。
①②B。
③④C。
①④D。
②③4.给出下列四个命题:①垂直于同一直线的两条直线互相平行②垂直于同一平面的两个平面互相平行③若直线 $l_1$,$l_2$ 与同一平面所成的角相等,则$l_1$,$l_2$ 互相平行④若直线 $l_1$,$l_2$ 是异面直线,则与 $l_1$,$l_2$ 都相交的两条直线是异面直线其中假命题的个数是()。
A。
1B。
2C。
3D。
45.下列命题中正确的个数是()。
①若直线 $l$ 上有无数个点不在平面 $\alpha$ 内,则$l\parallel\alpha$②若直线 $l$ 与平面 $\alpha$ 平行,则 $l$ 与平面$\alpha$ 内的任意一条直线都平行③如果两条平行直线中的一条直线与一个平面平行,那么另一条直线也与这个平面平行④若直线 $l$ 与平面 $\alpha$ 平行,则 $l$ 与平面$\alpha$ 内的任意一条直线都没有公共点A。
高等数学练习题第二章及答案
高等数学练习题第二章及答案练习2.1.11. 用定义求函数1y x=在2x =处的导数. 解(1)求函数的改变量 0011()()222(2)xy f x x f x x x -∆∆=+∆-=-=+∆+∆; (2)算比值12(2)y x x ∆-=∆+∆, (3)取极限 0011lim lim 2(2)4x x y y x x ∆→∆→∆-'===-∆+∆.即 1(2)4f '=-. 2.求抛物线2y x =在点(2,4)P 处的切线方程. 解 所求切线斜率24x k y ='==由点斜式 44(2)y x -=- 所求切线方程为 440x y --=(1)32ln 5y x x =-+,求y '; 解 216y x x'=-(2)x y xe ,求1x y =' 解x x y e xe '=++,1122x y e ='=+(3)134y x =-,求2x y =-' 解 23(34)y x -'=-,23100x y =-'=- 求下列函数的导数并利用软件进行验证.(1) x y e -=+;解 xy e-'=-验证:利用操作面板在输入窗格输入(()de x dx↑-+,点击输入得解.(2)2ln(1)y x =+ ; 解 221x y x '=+验证:利用操作面板在输入窗格输入(ln(12))dx dx+↑,点击输入得解.(3)y . 解y '==验证:利用操作面板在输入窗格输入ddx,点击输入得解 求下列各隐函数的导数: (1)2249x y +=; 解 方程两边同时对x 求导,得 820x y y '+⋅= 4x y y'=-(2)32x xy y =+; 解 方程两边同时对x 求导,得 222ln 22ln 233x xy y xy y y y x y -'''+=+=-(3)25y xy x e -+=解 方程两边同时对x 求导,得 220y yx yy xy x e y y x e -'''+-+⋅==+求下列函数的二阶导数 (1)225y x x =+-; 解 41y x '=+ 4y ''= (2)ln(1)y x =+ 解 2111(1)y y xx -'''==++1. 求函数()25y x =+在1,0.01x x =∆=时函数的增量及微分. 解 ()22[10.015](15)36.1201360.1201y ∆=++-+=-==,()1110.010.010.01d 2(5)260.010.12x x x x x x y f x x x x ===∆=∆=∆='=⋅∆=+⋅∆=⨯⨯=2.求下列函数的微分(1)22235y x x =-+;解 ()34d d (6)y f x x x dx x'==+ (2)23sin y x x -=;解 ()32d d (6sin 3cos )y f x x x x x x dx --'==-+ (3)()cos 43y x =-.解 ()d d sin(43)(3)3sin(43)y f x x x dx x dx '==--⋅-=-练习2.2.1 求下列函数的单调区间(1)()3f x x =;解 函数3y x =的定义域为 (,)-∞+∞,且230y x '=≥ 所以函数3y x =在(,)-∞+∞上单调递增. (2)22ln y x x =-;解 函数的定义域为(0,)+∞,241x y x -'=,令0y '=,得12x =±(舍负)当1(0,)2x ∈时,0y '<,所以1(0,)2为单减区间. 当1(,)2x ∈+∞时,0y '>,所以1(,)2+∞为单增区间.(3)y =解 函数的定义域为 (,)-∞+∞,y '=,当0x =时,y '不存在.当(,0)x ∈-∞时,0y '<,所以(,0)-∞为单减区间.当(0,)x ∈+∞时,0y '>,所以(0,)+∞为单增区间.1.求下列函数的极值点和极值: (1)22y x x =+-;解 函数的定义域为 (,)-∞+∞,12y x '=-,令0y '=,解得12x =. 列表得:所以 12x =为函数的极值点,函数的极大值19()24f =. (2) 43341y x x =-+;解 函数的定义域为 (,)-∞+∞,212(1)y x x '=-,令0y '=,解得10x =,21x =. 列表得因此,函数的极小值为()10f =.2. 欲做一个底为正方形,容积为3108m 的开口容器怎样做法用料最省.解 设所求容器底面边长为x ,容器高为h .则2108h x=. 表面积224324S x xh x x =+=+,24322S x x'=-,令0S '=,得6x =由于驻点唯一,而由实际问题知道面积的最大值存在,因此驻点就是最小值点.即当容器底面边长为6m ,高为3m 时容器用料最省.练习2.2.41.设某商品的需求函数为1000100Q P =-,求需求量300Q =时的总收益、平均收益、边际收益.【解】由题设有10010QP -=,则总收益函数为: 2100110)10010()(Q Q Q Q QP Q R -=-⋅==于是,平均收益函数为Q Q Q R Q R 100110)()(-==,边际收益函数为Q Q R 50110)(-='. 当300Q =时,2100)300(=R ,7)300(=R ,4)300(='R . 2. 设某商品的成本函数为Q Q Q C 503.0100)(2+-=求(1)边际成本函数;(2)Q =30单位时的边际成本并解释其经济意义. 【解】(1)边际成本函数为:Q Q C 6.050)(-='(2)32306.050)(30=⨯-='=x Q C则当产量Q =30时的边际成本为32,其经济意义为:当产量为30时,若再增加(减少)一个单位产品,总成本将增加(减少)32个单位.3. 设某商品的需求函数为5PQ e-=(1)求需求弹性函数;(2)求3,5,6P P P ===时的需求弹性;(3) 当6P =时,若价格上涨1%,总收益增加还是减少?将变化百分之几? 【解】(1)因为515PQ e -=-,故需求弹性函数为()P E Q P Q '=-⨯5515PP e P e ---=-⋅=5P(2) 3P E = 0.6=,5P E = 1=,6 1.2P E ==3P E = 0.6=,表明当3P =时,价格上涨1%,需求量减少0.6%; 5P E = 1=,表明当5P =时,价格上涨1%,需求量减少1%; 6 1.2P E ==,表明当6P =时,价格上涨1% ,需求量减少1.2%.(3)6P E = 1.21=>,故价格上涨,总收益减少.总收益的价格弹性11 1.20.2RP E E =-=-=-. 故当6P =时,若价格上涨1%,总收益减少0.2%.。
高中第二章数学试题及答案
高中第二章数学试题及答案一、选择题(每题3分,共15分)1. 若函数f(x) = 2x^2 + 3x + 1,下列哪个选项是f(x)的对称轴?A. x = -1/4B. x = 1/4C. x = -3/2D. x = 3/22. 已知等差数列{a_n}的首项a_1 = 2,公差d = 3,求a_5的值。
A. 17B. 14C. 11D. 83. 若复数z满足|z| = 1,且z的实部为1/2,则z的虚部的值是多少?A. √3/2B. -√3/2C. √3/2iD. -√3/2i4. 已知直线l的方程为y = 2x + 3,点P(1, 2)是否在直线l上?A. 是B. 否5. 函数y = x^3 - 3x^2 + 2在区间[0, 2]上的最大值是多少?A. 0B. 1C. 2D. 3二、填空题(每题4分,共20分)6. 计算等比数列1, 2, 4, ...的前四项和S_4。
7. 已知圆的方程为(x - 2)^2 + (y + 1)^2 = 9,求该圆的半径。
8. 若函数f(x) = ax^2 + bx + c在x = 1处取得极值,且f(1) = 0,则a的值是多少?9. 计算双曲线x^2/4 - y^2/9 = 1的渐近线方程。
10. 已知向量a = (2, -1),b = (1, 3),求向量a与向量b的数量积。
三、解答题(每题10分,共50分)11. 证明:若a, b, c是等差数列,则a^2 + c^2 = 2b^2。
12. 已知函数f(x) = x^2 - 4x + m,求证:对于任意x ∈ R,都有f(x) ≥ m - 4。
13. 已知抛物线y = x^2 + 2x - 3与x轴交于点A和点B,求线段AB的长度。
14. 已知三角形ABC的顶点坐标分别为A(-1, 2),B(2, 3),C(3, -1),求三角形ABC的面积。
15. 已知函数f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + a,求证:对于任意x ∈ R,都有f(x) ≥ 2a + 3。
高中数学必修二 第二章检测题 附答案解析
数学必修二 第二章点、直线、平面间位置关系检测题(时间:90分钟 满分:120分)一、选择题(本大题共10小题,每小题5分,共50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.下列命题正确的是( )A.没有公共点的两条直线是平行直线B.互相垂直的两条直线是相交直线C.既不平行又不相交的两条直线是异面直线D.不在同一平面内的两条直线是异面直线2.在长方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,异面直线AB,A 1D 1所成的角等于( )A.30°B.45°C.60°D.90°3.对两条不相交的空间直线a 与b,必存在平面α,使得( )A.a ⊂ ,b ⊂αB.a ⊂α,b ∥αC.a ⊥α,b ⊥αD.a ⊂α,b ⊥α4.给出下列四个命题:①垂直于同一条直线的两条直线互相平行②垂直于同一个平面的两个平面互相平行③若直线l 1,l 2与同一平面所成的角相等,则l 1,l 2互相平行其中不正确的个数是( )A.1B.2C.3D.05.若l 为直线,α,β是两个不同的平面,则下列命题正确的是( )A.若l ∥α,l ∥β,则α∥βB.若l ⊥α,l ⊥β,则α∥βC.若l ⊥α,l ∥β,则α∥βD.若α⊥β,l ∥α,则l ⊥β6.如图,在正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,若E 是A 1C 1的中点,则直线CE 垂直于( )A.BDB.ACC.ADD.A 1D 17.如图,点S 在平面ABC 外,SB ⊥AC,SB=AC=2,E,F 分别是SC 和AB 的中点,则EF 的长是( )A.1D.128.已知四棱锥的侧棱长与底面边长都是1,底面为正方形,则侧棱与底面所成的角为( ) A.75° B.60° C.45° D.30°9.已知平面α⊥平面β,α∩β=l ,点A ∈α,A ∉l ,直线AB ∥l ,直线AC ⊥l ,直线m ∥α,m ∥β,则下列四种位置关系中,不一定成立的是( )A.AC ⊥βB.AC ⊥mC.AB ∥βD.AB ∥m10.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是线段A1B1,B1C1上与端点不重合的动点,A1E=B1F,有下面四个结论:①EF⊥AA1; ②EF∥AC;③EF与AC异面; ④EF∥平面ABCD.其中一定正确的是()A.①②B.②③C.②④D.①④二、填空题(本大题共5小题,每小题5分,共25分.把答案填在题中的横线上)11.直线l1∥l2,在l1上取2个点,l2上取2个点,由这4个点能确定平面的个数是.12.在空间四边形ABCD中,E,F分别是AB和BC上的点,若AE∶EB=CF∶FB=1∶3,则对角线AC与平面DEF的位置关系是.13.如图,在△ABC中,∠ACB=90°,直线l过点A且垂直于平面ABC,动点P∈l,当点P逐渐远离点A 时,∠PCB的大小会.(填“变大”“变小”或“不变”)14.已知长方体ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD为正方形,,则A1B1与平面AB1C1所成角的大小为.15.如图,在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,当底面四边形A1B1C1D1满足条件时,有A1C⊥B1D1(注:填上你认为正确的一种情况即可,不必考虑所有可能的情况).三、解答题(本大题共5小题,共45分.解答时应写出文字说明、证明过程或演算步骤)16.(8分)如图,PA⊥正方形ABCD所在的平面,经过点A且垂直于PC的平面分别交PB,PC,PD于E,F,G,求证:AE⊥PB.17.(8分)如图,已知直三棱柱ABC-A'B'C'的底面为等边三角形,D是AA'上的点,E是B'C'的中点,且A'E∥平面DBC'.试判断点D在AA'上的位置,并给出证明.18.(9分)如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,AB∥DC,DC⊥AC.(1)求证:DC⊥平面PAC.(2)求证:平面PAB⊥平面PAC.(3)设点E为AB的中点,在棱PB上是否存在点F,使得PA∥平面CEF?说明理由.19.(10分)已知四面体A-BCD的棱长都相等,Q是AD的中点,求CQ与平面DBC所成的角的正弦值.20.(10分)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱垂直于底面,AB⊥BC,AA1=AC=2,BC=1,E,F分别是A1C1,BC的中点.(1)求证:平面ABE⊥平面B1BCC1;(2)求证:C1F∥平面ABE;(3)求三棱锥E-ABC的体积.参考答案一、选择题1.【解析】没有公共点的两条直线还可能异面,所以A 选项不正确;互相垂直的直线还可能是异面直线,所以B 选项不正确;D 选项中,缺少任一平面内,所以D 选项不正确;很明显C 选项正确.【答案】C.2.【解析】由于AD ∥A 1D 1,则∠BAD 是异面直线AB ,A 1D 1所成的角,很明显∠BAD=90°.【答案】D.3.【解析】对于选项A,当a 与b 是异面直线时,A 错误;对于选项B,若a ,b 不相交,则a 与b 平行或异面,都存在α,使a ⊂α,b ∥α,B 正确;对于选项C,a ⊥α,b ⊥α,一定有a ∥b ,但当a 与b 异面时,不存在平面α,使结论成立,C 错误;对于选项D,a ⊂α,b ⊥α,一定有a ⊥b ,但当a 与b 平行时,不存在平面α,使结论成立,D 错误.【答案】B4.【解析】利用特殊的几何体正方体进行验证,我们不难发现①②③均不正确.故选C .【答案】C5.【解析】对于A,若l ∥α,l ∥β,则α和β可能平行也可能相交,故A 错误;对于B,由线面垂直的性质可得,B 正确;对于C,若l ⊥α,l ∥β,应推出α⊥β,故C 错误;对于D,l 与β的位置关系不确定,l ∥β,l ⊂β,l 与β相交,都有可能,故D 错误.【答案】B6.【解析】由BD ⊥AC ,BD ⊥CC 1,AC ∩CC 1=C ,则BD ⊥平面ACC 1A 1.又CE ⊂平面ACC 1A 1,所以BD ⊥CE.【答案】A7.【解析】取CB 的中点D ,连接ED ,DF ,则∠EDF (或其补角)为异面直线SB 与AC 所成的角,即∠EDF=90°.在△EDF 中,ED=12SB=1,DF=12AC=1,所以EF ==【答案】B8.【解析】如图,O 为底面ABCD 的中心,连接AC ,BD ,SO ,易得SO ⊥平面ABCD.所以∠OCS 为侧棱SC 与底面ABCD 所成的角.又由已知可求得.因为SC=1,所以∠OCS=45°. 【答案】C9.【解析】如图,则有AB ∥l ∥m ;AC ⊥l ,m ∥l⇒AC ⊥m ;AB ∥l ,AB ⊄β⇒AB ∥β.【答案】A10.【解析】如图,由于AA1⊥平面A 1B 1C 1D 1,EF ⊂平面A 1B 1C 1D 1,则EF ⊥AA 1,所以①正确;当E ,F 分别是线段A 1B 1,B 1C 1的中点时,EF ∥A 1C 1,又AC ∥A 1C 1,则EF ∥AC ,所以③不正确;当E ,F 不是线段A 1B 1,B 1C 1的中点时,EF 与AC 异面,所以②不正确;。
高数 第二章习题参考解答 罗卫民版
(
sin(x − 1) + 2, x < 1, ax + b, x 1.
即 a + b = 2. 其次它必须满足 f− (1) = f+ (1) .注意到 f− (1) = lim
x→1−0
f (x) − f (1) sin(x − 1) + 2 − 2 = lim = 1, x→1−0 x−1 x−1
x→0
由于
x→−0
f− (0) = lim
f (x) − f (0) 1 = lim 1 = 1, x→−0 1 + e x x−0
f+ (0) = lim
x→+0
f (x) − f (0) 1 = lim 1 = 0, x→+0 1 + e x x−0
所以 f− (0) = f+ (0), 函数在 x = 0 处不可导. 18. 设 f (x) = 问 a, b 为何值时, f (x) 在 x = 1 处可导? 解 要使 f (x) 在 x = 1 处可导, 首先它必须在 x = 1 处连续, 所以 f (1) = lim f (x) = lim [sin(x − 1) + 2] = 2,
即 f (0) = −f (0) , 故 f (0) = 0. 10. 设函数 y = f (x) 在点 x = 2 连续, 且 lim 解 由函数 y = f (x) 在点 x = 2 连续知
x→2
f (2) = lim f (x) = lim (x − 2) ·
x→2
由导数定义得
f (x) − f (2) f (x) = lim = 3. x → 2 x−2 x−2 11. 某化工厂日产能力1000kg, 每日产品的全部成本(单位:元)是日产量(单位:kg)的函数 √ C (x) = 1000 + 7x + 50 x, x ∈ [0, 1000]. f (2) = lim
高中数学必修2第二章测试(含答案)
C .三棱锥 A— BEF 的体积为定值
D .△ AEF 的面积与△ BEF 的面积相等
3/9
解析: 易证 AC ⊥ 平面 BB 1D1D ,∴ AC ⊥ BE . ∵ EF 在直线 B1D1 上,易知
B 1D1∥ 面 ABCD , ∴EF ∥ 面 ABCD ,
VA- BEF = 13× 12× 12× 1×
A.1 个
B.3 个
C . 1 个或 3 个
D. 1 个或 3 个或 4 个
解析: 当 A、 B 、 C 共线且与 l 平行或相交时,确定一个平面;当
A、 B 、 C 共线且与 l 异面时,可确
定 3 个平面;当 A、 B 、C 三点不共线时,可确定 4 个平面.
答案: D
4.若三个平面两两相交,有三条交线,则下列命题中正确的是
5/9
已知:如图,三棱锥 S— ABC ,SC∥截面 EFGH ,AB ∥截面 EFGH . 求证:截面 EFGH 是平行四边形. 证明:
∵ SC∥ 截面 EFGH , SC?平面 EFGH , SC? 平面 ASC,且平面 ASC∩ 平面 EFGH =GH , ∴ SC∥ GH . 同理可证 SC∥ EF , ∴ GH ∥ EF . 同理可证 HE ∥ GF . ∴ 四边形 EFGH 是平行四边形. 19.(12 分 )已知正方体 ABCD — A1B 1C1D1 的棱长为 a,M 、N 分别为 A 1B 和 AC 上的点, A 1M = AN = 2 3 a,如图.
其中正确的命题是 ( )
A .①② 答案: B
B .②④
C .①③
D .②③
2.棱台的一条侧棱所在的直线与不含这条侧棱的侧面所在平面的位置关系是
()
高等数学第二章自测题带解析答案
第二章自测题一、填空题(每小题3分,共15分)1.设()f x 在0x 可导,且00()0,()1f x f x '==,则01lim h hf x h →∞⎛⎫-= ⎪⎝⎭-1.2.设21cos f x x ⎛⎫=⎪⎝⎭,则()f x '=3221sin x x .3.设sin (e )xy f =,其中()f x 可导,则d y =sin sin e cos (e )d x x xf x '.4.设y =,则12y ⎛⎫'=⎪⎝⎭-1.5.曲线1sin xy x y =+在点1,ππ⎛⎫⎪⎝⎭的切线方程为2π1π2πy x ⎛⎫-=-- ⎪⎝⎭2π3π22y x =-+或.二、单项选择题(每小题3分,共15分)1.下列函数中,在0x =处可导的是D.A.||y x = B.|sin |y x = C.ln y x= D.|cos |y x =2.设()y f x =在0x 处可导,且0()2f x '=,则000(2)()lim x f x x f x x x ∆→+∆--∆=∆A .A.6B.6- C.16D.16-3.设函数()f x 在区间(,)δδ-内有定义,若当(,)x δδ∈-时恒有2|()|f x x ≤,则0x =是()f x 的C .A.间断点B.连续而不可导的点C.可导的点,且(0)0f '=D.可导的点,且(0)0f '≠4.设2sin ,0(),x x f x x x <⎧=⎨≥⎩,则在0x =处()f x 的导数D .A.0B.1C.2D.不存在5.设函数()f u 可导,2()y f x =当自变量x 在1x =-处取得增量0.1x ∆=-时,相应的函数增量y ∆的线性主部为0.1,则(1)f '=D .A.1- B.0.1C.1D.0.5三、解答题(共70分)1.求下列函数的导数或微分(每小题5分,共20分)(1)(ln e xy =+,求y '.解:(ln e xy '⎡⎤'=+⎢⎥⎣⎦2e x x ⎛⎫=+x=(2)aa xa x a y xa a =++,求y '.解:11ln ln ln a a xaa x a a x y a x a a ax a a a a --'=+⋅+⋅1112ln (ln )aaxa ax a a x a x a x a a a a -+-=++.(3)cos (sin )xy x =,求y '.解:两边取对数得ln cos ln sin y x x =,两边求导数,得1sin ln sin cot cos y x x x x y'=-+,cos (sin )(sin ln sin cot cos )x y x x x x x '=-+.(4)y x=,求d y .解:两边取对数得()()11ln 2ln ln 1ln 122y x x x =+--+;两边求微分得121111d d 2121y x y x x x ⎛⎫=+⋅-⋅ ⎪-+⎝⎭,即2d 2d y x ⎛⎫ = ⎝.2.求下列函数的二阶导数(每小题6分,共12分)(1)2cos ln y x x=解:2cos (sin )ln y x x x '=-2cos x x +2cos sin 2ln xx x x=-+,22sin 22cos (sin )cos cos 22ln x x x x xy x x x x ⋅--''=-⋅-+222sin 2cos 2ln cos 2x xx x x x =---.(2)11xy x-=+解:22(1)(1)2(1)(1)x x y x x ----'==-++,44(1)(1)x y x -+''=-+34(1)x =+.3.设e ,1(),1x x f x ax b x ⎧≤=⎨+>⎩在1x =可导,试求a 与b .(本题8分)解:首先()11lim ()e x f f x --→==,()11lim ()x f f x a b ++→==+,因为()f x 在1x =处连续,故e a b +=,其次,()1+00(1)(1)e e 1lim lim x x x f x f f x x --∆-∆→∆→+∆--'==∆∆0e 1lim e e x x x-∆∆→-==∆,()00(1)(1)(1)()1lim lim x x f x f a x b a b f a x x+++∆→∆→+∆-+∆+-+'===∆∆,由于()f x 在1x =处可导,故e a =,联立两个方程得e a =,0b =.4.设sin ,0()ln(1),0x x f x x x <⎧=⎨+≥⎩,求'()f x .(本题7分)解:()00()(0)sin 0lim lim 10x x f x f x f x x ---→→-'===-()00()(0)ln(1)0lim lim 10x x f x f x f x x+++→→-+'===-,故(0)1f '=,由于()f x 在0x >,0x <时均可导,故cos ,0()1,01x x f x x x <⎧⎪'=⎨≥⎪+⎩.5.设函数()y y x =由方程22ln 1x xy y-=所确定,求d y .(本题7分)解:方程可变形为22ln ln 1x y xy --=,两边求微分,得221d d d 2d 0x y y x xy y x y ---=,故3222d d 2y xy y x x x y -=+.6.设()y y x =由参数方程ln tan cos 2sin t x a t y a t⎧⎛⎫=+⎪ ⎪⎝⎭⎨⎪=⎩确定,求22d d ,d d y y x x .(本题8分)解:22d ()cos cos cos sin tan 1d ()1sin sin sec sin 2sin 2tan 2y y t a t t t t t t x x t t t t a t t'====='-⎛⎫- ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭,2242d (tan )sec sec sin 1d ()sin sin y t t t tx x t a a t t '==='⎛⎫- ⎪⎝⎭.7.求曲线3213122t x t y t t +⎧=⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩在1t =处的切线方程和法线方程.(本题8分)解:232411133()2232()32t t y t t t y t x t t t--+''===+'+-,故1710t y ='=.当1t =时,2,2x y ==.故曲线在1t =处的切线方程为72(2)10y x -=-,即71060x y -+=,法线方程为102(2)7y x -=--,即107340x y +-=.。
高数A(一)第二章答案
《高等数学教程》第二章 习题答案习题2-1 (A)1.63. 4. (1) ;)(0x f ' (2) ;)(0x f '- (3) ;)0(f ' (4) .)(20x f '5. (1);54x (2);3231-x (3) ;3.231.x (4) 32--x ; (5) 2527x ; (6) 1013x 103--.6. (1) 19.6 米; 19.6 米/秒 .7. 切线方程 ,0632=--+πy x法线方程 .03232=-+-πy x 8.(2,4).9. (1)在0=x 连续且可导; (2)在0=x 连续且可导. 10. ;0)0(='+f ;-1)0(='-f )(x f 在点0=x 处不可导.习题2-1 (B)4.e1. 7. 0)0(='f .习题2-2 (A)1.(1) 33464xx x --; (2) 21232121----x x ; (3) x x sin 5cos 3+;(4) x x x x x x tan sec cos sin 22++; (5) 1ln +x ; (6)x x x x x22csc sec tan 21-+; (7) 2ln log 22xx x +; (8) b a x --2; (9)2)cos 1(1sin cos x x x +++;(10)2sin cos x xx x -; (11)2ln 1xx- (12)3)2(xe x x-; (13) x x x x x x x x sin ln cos cos ln 22⋅⋅-+⋅⋅;(14) x x cos 2;2. (1) 218332ππ-; (2) )42(22π-; (3) 181-;(4) 1517)2(,253)0(='='f f . 3. 3t 2t ==或.4. 切线方程 x y 2=,法线方程 x y 21-=.5. (1) 410; (2) 0 ; (3) 410- .13.(1)4)32(10+x ; (2) )31(cos 3x --; (3)212x x+; (4) a a e xxln +; (5)22)110(ln10102e 2+⋅+-x x x x x ; (6) 4x12-x ; (7) 222sin x a x x ---; (8) )(sec 3322x x ;(9) x2x ee +1; (10) a x x x 2ln )1(12+++. 14.(1) 322)41(38-+x x ; (2) )2(cos 2ln 2x x ⋅(3) x e x e xx 3sec 33tan 21222--+-; (4) 122-x x x ;(5)x xarctan 122+; (6)xxx-33sin 3ln 3cos 3;(7)221xx -; (8)22xa +1;(9) sec x ; (10) csc x .15.(1) )(cos 22cos 22x x x-; (2) csc x ; (3)2ln 22)1(22arctanx xx x x e ++; (4))(ln ln ln 1x x x ;(5)22)arccos (12x x x-; (6) -2sec2x .16.(1) cosh(cosh x )sinh x (2))(ln cosh 12x x ; (3) (3sinh x +2)sinh x cosh x (4) ⎪⎭⎫ ⎝⎛+a x a 1x e x cosh 2sinh 22cosh ; (5) )1(cosh 222x x --; (6) 22224++x x x;(7)1242-x x e e ; (8) x 3tanh .17. (1))32(2x x +; (2) )3sin 93cos 7(x x e x --;(3) 2ln 2cos 2sin 2ln 2sin xxxx +; (4)222)arcsin (1arcsin 1x x x -x x --;(5)1ln 1+-n x x n ; (6) 3xx arctan 962+;(7) x cosh 12; (8) 222arctan2x)()4x 1()4x 1(2arctan2x )4x 1(4++-+.习题2-2 (B)1. (1)22)1(2x x-; (2) 23323)2()321()(-)2()211(x x-x-x x x x-x++;(3) )cos (cos )cos sin ()cos (sin )sin (sin αx x αx x x x x α++++-;(4) 23)cos 1(sin 2sin )cos 1(x xx x +++; (5) 22)tan (sec 2-tan 2x x x x x +;(6) )sec 2()ln 2(cos )tan (cos 1)tan ()ln 2(sinx 222x x x x x x x xx x x +-++-+--;(7) )49283(224+-x x x ; (8))ln (1x x 2-+.2.2)()(d xx g x g x dx y -'=. 3. 切线方程:022=--y x 和 022=+-y x .6. (1) 400英尺;(2) v(2) = 96英尺/秒 ; v(8) = - 96英尺/秒 ; (3) 10秒 7. (1) )()(e ()()(x x x f x f x e f x f e )e f e '+'; (2) )()]([x f x f f '';(3) x x f x x f )sin2(cos )sin2(sin 22'-'; (4) )(n n 1n b ax f x a -+'. 8. (1))()()()()()(d 22x x x x x x dx y ψϕψϕϕψ+'-'=. (2))()()()()()(d 22x x x x x x dx y ψϕψϕϕψ+'+'=. 9. x21)(='x f ; 21)21(='f .10. x xx f 121)(3---='. 12. (1) 211x +; (2)xx x xxx +++++2)21(1211; (3) 242x -;(4) xx x 2455ln 212⋅++; (5) a b a b x b b a a x a b xa b ln 11⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-;(6) ()2111ln ln a aa x axa xa a x a a x a a +-+-++; (7) 222-1)(1)-(12xx x +;(8) x e x x 1sin 222sin-; (9) 3/22)(1arcsin x x x -; (10) xx x x 21254e11ln55151++--. 13. )1(sin )1(sin 1cos 22x f x f x x'-. 14.)(22x xcos dx y d =; )()(22x cos x d y d =; )(32)(23x cos x x d y d =. 15. )2arcsin()]([x x f ='ϕ; 411)]([xx f -='ϕ; 412])]([[xx x f -='ϕ.16.1sin cos 222+πππe e e .17.)()1(2x 2x xe sin x xe dx yd +=. 18. 2e .习题2-3 (A)1. (1) 214x-; (2) x e 214-; (3) x x x sin cos 2-; (4) x exsin 22-; (5) 2/3222)(x a a --; (6) 232)1(/x x +-; (7) )23(222x xe x +; (8) 3)22(xx x e 2x +--; (9) x x tan sec 22; (10) 212tan 2xxx arc ++.习题2-3 (B)1. (1) n! (2) 1)1(!2)1(+--n nx n (3) )2(!)2()1(1≥---n xn n n ;(4) ]2)1(2[21π-+n x sin -n ; (5) )(n x e x +;(6) ])1(1)2(1[!)1(11++----n n n x x n ; (7) ])(1)()1([!)1(1nn n nbx a bx a b n -++---; (8) n m x n mm m m -++---1)1()11()21()11(1 ;(9) ]22[2π⋅+-n x cos n(10) 11)21(!2+--n n x n 2. (1) x cos e y x 4)4(-=; (2) x cosh xsinhx y 100)100(+=; (3) )2sin 212252cos 502sin (2250)0(x x x x x y 5++-=; 3. (1) )()(222x f 4x x f 2''+'; (2) 22x f x f x f x f )]([)]([)()('-''. 5. 21+=x y , 3x y )2(2+=''. 7. 0=+y dt yd 22.8. 0=+y dt yd 22.习题2-4 (A)1.(1) x y y -; (2) ax y x ay 22--; (3) yy xe e +-1; (4) y x y x e x y e ++-- (5) )(1)(11xy cos x yxy cos y x +-+ (6) )(1)(2222y x f 2y y x f 2x +'-+'. 3. 切线方程:022=-+a y x ; 法线方程:0=-y x .4. (1) ]1)1([)1(222x2xsinxx cos ln cosx x sinx +++⋅+; (2) ]2cot 2sec cos 22tan ln sin [)tan (2cos x x x x x x x ⋅⋅+⋅-;(3) ]163112[)1(3)1(232x xx x x x x 2++--++-+; (4)])(251121[2)1(3122x x x x x x x 35-+++-+; (5) ])1(21[121xx xe e cotx x e sinx x --+-; (6) )ln 1()ln 1lnln ()ln (21x x xx x x x -++-;(7) )1(1+++-lnx x ln x x x ππππ;(8) ⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛x a b b a ln a x x b b a ba x .5. (1)t 2a 3b dx y d =; (2) t tdx y cos 2cos2d =; (3)ϕtan d -=dxy ; (4) θθθθθθcos -sin -1sin -cos d =dx y . 6. (1) 切线方程:042=-+y x ; 法线方程:032=-+y x . (2) 切线方程:01234=-+a y x ; 法线方程:0643=+-a y x .习题2-4 (B)1. (1) )(ln )()(ln )()(ln )()(2x x x ψx x x ψx ψϕϕϕϕ'-';(2) )()()(ln )()()()()(2)(x x x x x x x x x ψϕψψϕϕψψϕ'-'.2. ye e x y d dx yx y x --=++.3. (1) θθa sec dx y d 222=; (2) )(1t f dxy d 22''=;(3) )1(2222t t 6dyx d +=; (4) )1(832533t t dx y d +-=;(5) 343381tt dx y d -=; 4.4π. 5. 2e .6. 0 .8. (1) a (1)= - 6 (m/s 2) ; a (3)= 6 (m/s 2 ). (2) |v(2)| = 3 (m/s) ;9. 144π (m 2/s)10. 20402516.π≈(m/min). 11.640225144.π=(cm/min).12. 70 英里/小时. 习题2-5 (A)2. (a ) 0dy y 0dy 0y >->>∆∆,,;(b ) 0dy y 0dy 0y <->>∆∆,,; (c ) 0dy y 0dy 0y <-<<∆∆,,; (d ) 0dy y 0dy 0y >-<<∆∆,,.3. (1) dx x x)12(3+-; (2) dx x x x )2cos 22(sin +; (3) dx e x x 2x )1(2+; (4)dx xx412+-; (5) dx x x e x )]cos(3)[sin(3----; (6) dx x x x )21(sec )21(tan 8223++;(7)dx x xx 222)]1([ln 16---; (8)dx x x x xxx +++++2)211(211.4. (1)dx xy x +--182; (2) dx y x csc )(2+-; 5. (1) C x +2; (2) C x +223; (3) C t sin +; (4) C t cos 1+-ωω;(5) C x ++)(1ln ; (6) C e x +--221; (7) C x +2; (8) C x +3tan 31.习题2-5 (B)1. h R 0π2.2. 7683,4,0010,.V l .r l r V 2='===∆π, 0037680.dV V =≈∆; 用铜约为033550.(克).3. 0021021603.π-≈-. 4. 050.T =∆(秒),设摆长约需加长 d l , d l 2292140050..≈⨯=π(厘米) .5. R 约增加了43.63 cm 2, 扇形面积约增加了 104.72 cm 2 .6. (1) 0. 87476 ; (2) - 0. 96509 .7. (1) 7430''o ; (2) 260'o .8. (3) 01309054tan .≈'; 0020)0021(ln ..≈.9. (1) 9.9867; (2) 2.0052 .总复习题二一、1. B 2. D 3. A 4. A 5. D 二、1. 充分; 必要; 充要.2. t 2e t t f =)(, t 2e 2t t f )1()(+='.3.1)1='-0(x f . 4. 1+=x y . 5. b. 6. [10, 20] .三、1. 212xx y +='.2. (1))]}([)]([)]([)({)]([)(2222222222x f sin x f x f cos x f x 4x f cos x f dx yd 2'-''+'=;(2) )(4)(2)()(2)]([2222222x f x x f x f x f x f dxyd ''+'+''+'=.3.xx ydx y d ln 2-=. 4. 32222)1ln ()1ln ()1ln (++-+=y xy x x y y dx y d . 5. 322)1(f f dx y d '-''=. 6. ⎪⎩⎪⎨⎧>-<≤<='1,110,20,3)(2x x x x x x f7. (1)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-''≠++-'='-0,21)0(0,)1()()()(2x g x x e x x g x g x x f x;(2) )(x f ' 在 ),(∞+-∞上是连续函数。
高等数学第二章习题详细解答答案
1 ⎧ 2 1 ⎪ x sin , x ≠ 0 (2)∵ y = ⎨ ,而 lim y = lim x 2 sin = 0 = y x = 0 ,所以函数在 x = 0 处连续 x x →0 x →0 x ⎪ x=0 ⎩ 0,
1 x = 0 ,所以函数在 x = 0 点处可导. 而 lim x →0 x−0 x 2 sin
−2 sin cos (x + Δx) − cos x 3.解: ( cos x)′ = lim = lim Δx → 0 Δx →0 Δx Δx sin 2 x + Δx 2 = − sin x = - lim sin ⋅ lim Δx → 0 Δx → 0 Δx 2 2
4. 解:(1)不能,(1)与 f ( x ) 在 x0 的取值无关,当然也就与 f ( x ) 在 x0 是否连续无关, 故是 f ′( x0 ) 存在的必要条件而非充分条件. (2)可以,与导数的定义等价. (3)可以, 与导数的定义等价. 5. 解:(1) 5 x
9 −1 = 4 ,而 y′ = (x 2 )′ = 2 x ,令 2 x = 4 , 3 −1
得: x = 2 ,所以该抛物线上过点 (2, 4) 的切线平行于此割线. 10.解:(1)连续,但因为
f (0+ h )− f (0 ) = h
因而 lim
h→0
3
h −0 1 = 2/ 3 h h
f (0 + h) − f (0) 1 = lim 2 / 3 = +∞ ,即导数为无穷大。 → h 0 h h
∴ f +′(0) ≠ f −′(0) = −1 ,所以 f ′(0) 不存在.
13. 解 : 当 x > 0 时 , f ( x) = x 是 初 等 函 数 , 所 以 f ′( x) = 3 x ; 同 理 , 当 x < 0 时
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
二、1. y = x2 , 求dy. 1+ x
dy
=
2x + x2 (1 + x)2
dx.
( ) 2. y = tan e−2x + 1 + cos π ,求y′. 4
y′ = −2e−2 x ⋅ sec2 (e−2 x + 1).
导数为零
3. y = x a2 − x2 + a2 arcsin x (a > 0),求dy.
lim
x→0−
e ax
−1−
b x
+
a
+
2
= lim eax − 1 = lim ax = a,
x x→0−
x x→0−
f +′ (0)
=
lim
x→0+
b(1 +
sin
x)+
a+ x
2
−
(b
+
a
+
2)
=
lim
x→0+
b sin x
x
=
b,
Q可导, ∴a = b
(2)
由(1)(2)得 a = b = −1.
⎤ f (t)⎥
⎥
a h→0 ⎢
h
⎢⎣
a
−h a
⎥ ⎥⎦
= 1 [ f ′(t) + f ′(t)] = 2 f ′(t)
a
a
5.曲线y = xe− x在x = 1处的切线方程是
法线方程是 x = 1
y − 1 = 0, e
6. xe x的n阶导数是
( ) ( ) ( ) xe x (n) = e x (n) x + n e x (n−1) ⋅1 = ( x + n)e x
Q lim x→0+
f ′(x) =
lim
x→0+
⎡ ⎢⎣
2
x
sin
1 x
− cos
1 x
⎥⎦⎤,
不存在,
∴ f+′(0)不存在.
f
(x) =
⎧ ⎪
x
2
⎨ห้องสมุดไป่ตู้
sin
1 x
,
x>0
f+′(0) =
⎪⎩ x 3 , f
lim
x→0+
( x) − x
x≤0 f (0) = lim
x→0+
x2
sin 1 x
x
或求1~3阶导数,找规律.
[ ] 7.设f (x)可导, F (x) = f f 2 (sin x) ,则
[ ] dF = f ′ f 2 (sin x) ⋅ 2 f (sin x)⋅ f ′(sin x)⋅ cos x
dx
8.设f
(x)
=
⎧b(1
⎨ ⎩e
ax
+ −
sin 1,
x)+
a
+
2,
x x
≥ <
⎪⎩3 x2 ,
x>0 .
x≤0
由于可导必连续 , 所以 f ( x)在(−∞ ,+∞ )内连续 .
x→1 x − 1
七、研究函数
f
(x)
=
⎧ ⎪
x
2
⎨
sin
1 x
,
x>0 ,
⎪⎩ x 3 ,
x≤0
在(− ∞,+∞ )内的连续性与可导性, 并求出 f ′(x).
x
>
0时,
f
′(x)
=
2x
sin
1 x
+
x2
cos
1 x
⋅ ⎜⎛ ⎝
− x
1
2
⎟⎞, ⎠
x < 0时, f ′(x) = 3x2 ,
x = 0时,
(1)式整理, 得
注:此题不用解出
y′ = e xy (1 + xy + x2 y′)
y′ = L,
两边对x求导, 得
y′′ = L.
y′′ = e xy ( y + xy′)(1 + xy + x2 y′) + e xy ( y + xy′ + 2xy′ + x2 y′′)
将x = 0, y = 1, y′ = 1代入上式,得
1 y′x − y = 1 2x + 2 yy′
1 + ⎜⎛ y ⎟⎞2 x2
2 x2 + y2
⎝ x⎠
⇒ y′x − y = x + yy′, (1)
⇒ dy = x + y , dx x − y
(1)式两边对x求导,得y′′x + y′ − y′ = 1 + ( y′)2 + yy′′
( ) ⇒
或 ln y = sin x ln cos x y′ = cos x ln cos x − sin x tan x y
y′ = (cos x)sin x (cos x ln cos x − sin x tan x)
5.
设 arctan y = ln x
x2
+
y2
,求
dy dx
,
d2y dx 2
.
( ) 将方程整理得 arctan y = 1 ln x 2 + y2 , x2 方程两边对 x求导, 得
高等数学第二章自测题解答
一、1.
y=
f
(
x
)在点
x
可微的定义是
0
Δy = A⋅ Δx + o(Δx) (Δx → 0)
2. 函数可导与连续的关系是
可导
连续
函数可导与可微的关系是 可导 ⇔ 可微
3. d ( 4 tan x + C ) = sec2 x dx
4
4
4. 设f
(u)可导, t, a与h无关,则lim h→0
f ′(−1) = −2 + a, g′(−1) = −2b,
⎧− 2 + a = −2b
则⎪⎨1 − a = 0 ⎪⎩b + c = 0
⇒ a = 1, b = 1 , c = − 1 ,
2
2
f ′(−1) = −1,
切线方程为 y = −( x + 1),即y + x + 1 = 0.
( ) 四、设⎨⎧x ( ) ⎩ y
0 处处可导, 则a 0
=
__,
b
=
__
.
( ) Q可导 ⇒ 连续, 而
f (0− ) = lim eax − 1 = 0, x→0−
f (0+ ) = lim [b(1 + sin x)+ a + 2] = b + a + 2, x→0+
∴b + a + 2 = 0,
(1)
( ) 又f−′(0)
=
−0
=
0,
f −′ (0)
=
lim
x→0−
f (x)− x
f (0)
= lim x3 − 0 = 0, x x→0−
f−′(0) = f+′(0) = 0, ∴ f ′(0) = 0,
故f ( x)在(−∞,+∞)内可导,且
f
′(
x)
=
⎪⎧2 ⎨
x
sin
1 x
+
x2
cos
1 x
⋅
⎜⎛ ⎝
−1 x2
⎟⎞, ⎠
= =
t 2 − arctan ln 1 + t 4
t2
, 确定x是y的函数,求
d2x dy 2
.
[ ( )] dx = [ ( )] dy
t 2 − arctan t 2 ln 1 + t 4 ′
′
=
2t
−
1
2t +t
4
4t 3
=
t2 2
,
1+ t4
[ ( )] d 2 x =
⎜⎜⎝⎛
t2 2
⎟⎟⎠⎞′
1 h
⎡ ⎢ ⎣
f
⎜⎛ t ⎝
+
h ⎟⎞ − a⎠
f
⎜⎛ t ⎝
−
h a
⎟⎠⎞⎥⎦⎤
=
f ⎜⎛ t + h ⎟⎞ − f (t) + f (t) − f ⎜⎛ t − h ⎟⎞
= lim ⎝ a ⎠
⎝ a⎠
h→0
h⋅a
a
=
⎡
1
⎢ lim⎢
f ⎜⎛ t + h ⎟⎞ − ⎝ a⎠
f (t) +
f ⎜⎛ t − h ⎟⎞ − ⎝ a⎠
2
2
a
dy = a2 − x2 dx.
4. y = (cos )x sin x , 求y′.
y = esin x lncos x ,
y′ = esin xlncos x ⎜⎛ cos x ln cos x + sin x − sin x ⎟⎞
⎝
cos x ⎠
= (cos x)sin x (cos x ln cos x − sin x tan x)
y′′ = 1 + 1 = 2. x=0
六、已知函数f (x)在x = 1处连续,且 lim f (x) = 2,求f ′(1).
x→1 x − 1
由于 f ′(1) = lim f (x)− f (1),