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微积分 朱来义习题答案Chapter-4

2018-01-24 13页 doc 41KB 459阅读

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微积分 朱来义习题答案Chapter-4微积分 朱来义习题答案Chapter-4 33yx,yx,1(求的驻点,并由的图形判别驻是否为极值点。 2,yxx,,,,300解: , 当x,0时,y,>0, 即函数在0的邻域内是严格单调增的,因此驻点不是极值点。 11232(证明方程只有一个实根。 10,,,,xxx26 1123证明: 设则f(x)在[-10,10]上满足 ff(10)(10)0,,,fxxxx()1,,,,,26 由零点在在定理,可知 ,x,(-10,10), s. t. f, (x)=0. 00 假设f (x)=0有两个不同的实根x,x,( ...
微积分 朱来义习题答案Chapter-4
微积分 朱来义习题Chapter-4 33yx,yx,1(求的驻点,并由的图形判别驻是否为极值点。 2,yxx,,,,300解: , 当x,0时,y,>0, 即函数在0的邻域内是严格单调增的,因此驻点不是极值点。 11232(方程只有一个实根。 10,,,,xxx26 1123证明: 设则f(x)在[-10,10]上满足 ff(10)(10)0,,,fxxxx()1,,,,,26 由零点在在定理,可知 ,x,(-10,10), s. t. f, (x)=0. 00 假设f (x)=0有两个不同的实根x,x,( xf(b)可知, f ,(,)<0, ,,(a, b). ,xgx()e,,10(证明: 设则函数f(x)和g(x)在区间[a, b]上满足柯西国值定理条件, ,,,(a, b), ,fbfaf()()(),,s. t . ,,11,g(),,ba bfaafb()(),,即 ,,,,,ff()()ba, 15(用洛必塔法则求下列极限: 1,12xxxx,,arctanarctan111x,1(1) ,,,,,,limlimlimlim;3322xxxx,,,,0000xxxx,sin3313 22xx2eeee,,xxlimlimlim2e2e;,,,(2) ,,,111xxxxxln1, 22,,xxee1x,,,,(3)limlimlimlim0; 22xxxxxx,,,,,,,,11e2exarcsinxx xxxxln23ln2,,,,2ln23ln311, (4) limlim(ln2ln3)ln6;,,,,xx,,00xxx2322, xxxxxxsinsinsinsin,xxx,,,,,,022221~2(sin)ln2,(5) ,, xxsin22sin1cos1,,,xxxlimlimln2ln2limln2;,,,, 332,,,xxx000xxx36 22lncoscossinaxbxaaxaxa,,,,(6) limlimlim; 22xxx,,,000lncoscossinbxaxbbxbxb xaax,,1xaalimlimln(ln1)(7) ,,,,aaaxaa。 ,,,,xaxaxa, 16(用洛必塔法则求下列极限: xxxe2e2e,,x(1) limlimlim1;,,, xxx,,,,,,,,,xxxe3e3e,,x xxe2e22,,xlimlim;,,,(2) xx,,,,,,xxe3e33,,x 22ln1sinxxx,,,,limlimlimlim0(3) 。 2,,,,xxxx,,,,0000,,,cotcscxxxxx 17(求下列极限: xxx11e1e1e11,,,,,xxx,,(1) limlimlimlimlim;,,,,,,,,2xx,,,,,00000xxxxxxxxxe1222,xe1,,,,, 1cossincossinxxxxxx,,,,limcotlimlimx,,,(2) ,,2xxx,,,000xxxxsin,, cossincos1xxxx,, ,,,,limlimsin0;xxx,,0022x 11,,ln(1)ln(1),,ttxln1,,1,,t,xx,,tt,,,,,1eeeee1,,x(3) x,,,,lim1elimlimelim,,,,xxtt,,,,,,001xtt,,,,,,x ln(1),t1,1,1ttt,,,,e1ln(1)1et,1 ,,,,,,elimelimelimelim;2tttt,,,,0000tttt,22(1)2 2secx lntan1xtanx(4) ,,,,,,limtan2lntanlimlimlim1,xx2,,,,,cot22csc2sin2xxxxxxx,,,,4444 1tan2xtan2lntanxxx,, limtanlime;,,,,e,,xx44 1xxx,,xxx,,1234,,32ln23ln34ln4xxxln,,x,lim3,,,,234,,xxxx3ln24,0x33,,,,234(5) limlimeee23;,,,,,,xx,,003,, xxxx,,,,,,xln1,,,11ln1,,,xxx,,,,a,,()e1axa,,,aax,,,,limlimlimlimlim,,,a(6) 2222xxxxx,,,,,00000xxxx xx1a; ,,lim;2x,0xa x11,,,,ln(1)1,tlimln1x,xln1,limlim,,,,1,,,xxtt,,,,,,,,,,x0,,tt1(7) ,,,,,,lim1limeeee1;,,,,xx,,00x,, 1ln1xx,1111,,,xxxx,,,limlimelime.(8) 。 xxx,,,111e xxxcossin,,18(解: 当x,0时, fx()1,,,2x 当x=0时, 2fxfxxxxxx()(0)sincos21cos1,,,,,,,f(0)limlimlimlim11,,,,,,,,2xxxx,,,,0000xxxx,022 xxxcossin,,,,1,0x,2, 因此,fx(),。 x, ,,,1,0x, ,,19(证明: fxx()cos1,,fxx()cos10,,,, 由有驻点 xkk,,,,2,0,1,2,..., ,在区间(2(1),2),kkkZ,,,,fx()0,,(,),,,,上有因此函数在内严格单调递减。 20(确定下列函数的单调区间: 2,fxx()330,,,(1) 由可得驻点x=-1,x=1, 12 在(-,, -1)上,f ,(x)>0, 函数单调递减;在(-1, 1)上, f ,(x)<0, 函数单调递增; 在(1, +,)上,f ,(x)>0, 函数单调递减。 因此函数的单调递减区间为(-1,1),单调递增区间为(,, -1),(1, +,). 2,(2) 由可得驻点x=1,函数的定义域为(0, +,)。 fxx()20,,,x 在(0, 1)上,f ,(x)<0, 函数单调递减;在(1, +,)上,f ,(x)>0, 函数单调递增, 因此函数的单调递增区间为(1, +,),单调递减区间为(0, 1). ,,2(1)x,fx()0,,(3) 由可得驻点x=-1, 函数的定义域为(-,, 1),(1, +,)。 3(1)x, 在(-,, -1)上,f ,(x)<0, 函数单调递减;在(-1, 1)上, f ,(x)>0, 函数单调递增; 在(1, +,)上,f ,(x)<0, 函数单调递减。 因此函数的单调递增区间为(-1,1),单调递减区间为(,, -1),(1, +,). sinxxxxxcossincos,,21.证明:设则 fx(),,fxxx()(tan),,,,22xxx ,,,,x,0,当时,x0, 函数下凸; 在(1/2, +,)上,f ,(x)<0, 函数上凸。 因此函数的下凸区间为(0,1/2),上凸区间为(,, 0),(1/2, +,),拐点为x=0,x=1/2. 12 112,,,fxxx()ln,, (2) 的定义域为(0,+,), fxxfx()2,()2,,,,,2xx ,,fx()0,x,2由可得; 在0,2上, f ,(x)<0, 函数上凸;在2,,,上,f ,(x)>0, 函数下凸。 ,,,, 因此函数的上凸区间为,下凸区间为,拐点为; x,20,22,,,,,,, 4223fxxx()3,,(3) 的定义域为,且在x=0处二阶不可导。 (,),,,,3 123441,x3,,, fxxxfx()4,(),,,,,2333x ,,由可得x=-1, x=1; fx()0,12 在(-,, -1)上, f ,(x)<0, 函数上凸;在(-1,0)上,f ,(x)>0, 函数下凸; 在(0, 1)上, f ,(x)>0, 函数下凸,在(1,+,)上, f ,(x)<0, 函数上凸。 因此函数的上凸区间为在(-,, -1),(1,+,),下凸区间为(-1,1),拐点为x=-1, x=1; 12 5523fxxx()3,,(4) 的定义域为,且在x=0处二阶不可导。 (,),,,,3 2310101,x3,,, fxxxfx()5,(),,,,,333x ,,由fx()0,可得x=-1; 在(-,, -1)上,f ,(x)>0, f(x)下凸;在(-1,0)上, f ,(x)<0, f(x)上凸;在(0, +,)上, f ,(x)>0, f(x)下凸。 因此函数的上凸区间为在(-,, -1),(0,+,),下凸区间为(-1,0),拐点为x=-1, x=0。 1224. 求下列函数的极值: 43,,,yxyx,,,55,20,(1) ,,,,,y,0由可得驻点x=-1, x=1,且 yy,,,,,200,200,12xx,,,1112 yy,,5,-3;因此x=-1是函数的极大值点, x=1是函数的极小值点, 且 12极大值极小值 1,,,(2) yxx,ln的定义域为(0, +,), yxy,,,ln1,,x -1,,,y,0由可得驻点x=e, 且 y,e>0,,1x,e -1-1y,-e;因此x=e是函数的极小值点, 且 极小值 (3) 的定义域为(-,, +,), 在x=1/2处二阶不可导。 yxx,,21 11,,41,4,xxx,,,,,,,22 ,,,yy,,,,,,11,,14,4,,,,,xxx,,,,22 ,y,0由可得驻点x=1/2, 且在(-,, 1/2)上函数为单调递减的,在(1/2,+,)上函数为单调递 y,0增的,因此x=1/2是函数的极小值点, 且。 极小值 26(求下列函数的极最大值和最小值: 323,,,fxxxfxxxx()412,()1224,(1,1),,,,,,(1) 322,fxxxxxx()4124(3)0,(1,1),,,,,,,,显然有 即在[-1,1]上函数为单调递减的。因此x=0是函数的最大值点, x=1是函数最小值点。 yyyy,,,,(1)5,(-1)13。 最小值最大值 xxxx,,,,,fxfxx()4e-e,()4ee,(1,1),,,,,(2) ,ln2ln2,,,f(ln2)4ee0,,,,由有惟一驻点x=-ln2, 又, fx()0, ,ln2ln2f(ln2)4ee4;,,,,因此函数在驻点处取得最小值 ,,11-1ff(1)4ee,(1)4ee,,,,,,由函数在x=1取得最大值4e+e。 2223,,xx,,,(3) fxxfxxxx()(1-2)e,()(4-6)e,(1,1),,,, 1111,,,,,,,,,ff,,,0,0,由fx()0,有驻点 又, xx,,,,,12,,,,2222,,,, 11,,1111,,,,22ffff,,,,--e,e,因此 极小值极大值,,,,2222,,,, 1111,,,,,,11ffff,,,,--,.ff(1)-e(1)e,,,~再由有 最小值最大值,,,,22e22e,,,, 11121,,,,,,,fxxx(),,1,,,fxfxx()1-,()0,,1,,,,(4) ,,23,,x2xx2,,,, 21,,,,,fxx()0,,1,,,fx()0,由有惟一驻点 又, x,1,,,3x2,, 5ff,,(1)2,ff(12)(2)5,,2因此 再由有 f,.最小值最大值2 27(证明:(1) 设x, y示周长为C的矩形的两条相邻边,则C=2x +2 y . Cx2Sxyx,,,矩形面积, 2 C,,,SxS,,,,,,20,20由可知当x=y=C/4,即正方形时,矩形面积最大。 2 2S(2) 设x, y表示面积为S的矩形的两条相邻边,则S=x y.矩形周长, Cxyx,,,,222x 24SS,,,xyS,, 由可知当,即正方形时,矩形周长最小。 CC,,,,,20,023xx 面积一定的矩形中,正方形周长最小。 ppyxxx,,,,(1),[0,1]28(证明:设,则 pppp,,,,1122,,,,, ypxpxyppxxx(1),(1)(1),(0,1),,,,,,,,,, 1,,,由有惟一驻点x=1/2, 又 fx()0,ypp,,,(1)0,1p,1x,22 11,,ff,,,f,1,可知 再由有 ff(0)(1)1,,,,最小值最大值p,122,, 1pp因此当p>1,不等式成立。 ,,,,,xxx(1)1,[0,1],1p2 29(解:设矩形的底边长为x, 高为y,则矩形面积S=xy. 如图示,等腰Rt,的斜边长为a, 斜边上的高为a/2, 1ay,x2,由可得xay,,2, 1aa2 2,,,Sayy,,2,因此再由SayS,,,,,4,40,可知 当y=a/4时矩形面积最大,此时x=a/2. -x32(解:设收入y=xp=xe, ,xxx---1,,,,,yxyx,,,,ee,(2)e, 由可知x=1是惟一驻点,且 y,,,)e0,x,1 -1当x=1时收入最大,此时最大收入为e。 33(求下列函数的渐近线: 2xx,,32fx()ln,(1) 的定义域为(-,, 1),(2, +,), 2x,1 2fxxx()132,,k,,,limlimln0,2xx,,,,xxx,1 2xx,,32bfxkx,,,,lim()limln0.,,12xx,,,,,x,1 (1)(2)(1)(2)xxxx,,,, lim()limln,lim()limln,fxfx,,,,,,22,,,,xxxx,,,,1122xx,,11 因此曲线在水平渐近线y=0, 垂直渐近线x=1,x=2. x(2) yx,,arctan的定义域为(-,, +,), 2 fxx()1arctan1,,k,,,,limlim,,,xx,,,,xx22,, ,,bfxkxxbfxkxx,,,,,,,,,lim()limarctan,lim()limarctan,,,,,12xxxx,,,,,,,,,,,,22 11,, 因此曲线在斜渐近线。 yxyx,,,,,2222 xey,(3) 的定义域为(-,, -1),(-1,+,), 1,x xxfx()ee,,,,klimlim, fx,,,lim()lim,,,,,xx,,,,11xx,xxx(1)x,1因此曲线有垂直渐近线x=-1。 x2(4) 的定义域为(-,,0),(2, +,), yx,,arctanyxx,,22 22fxxxfxxx()2()2,,kk,,,,,,,limlim1,limlim1,12xxxx,,,,,,,,,,,,xxxx ,2x2 bfxkxxxx,,,,,,,,lim()lim2lim1,,,,,12xxx,,,,,,,,,xxx,,2 ,2x2bfxkxxxx,,,,,,,lim()lim2lim1,,,,,22xxx,,,,,,,,,xxx,,2因此曲线在斜渐近线yxyx,,,,,1,1. 34(作下列函数的图形: ,xyx,,e(1)解:的定义域为(-,, +,), 求渐近线: -xfxx()e,-xkbfxkx,,,,,,,limlim1,lim()lime0,,,11xxxx,,,,,,,,,,,,xx ; -xfxx()e,k,,,,limlim,2,,,,,,xxxx 因此曲线的渐近线为y=x; ,x,x,,,y,,,1e0y,,e0求单调区间:由得驻点x=0,由可知在x=0有极小值1; ,x,,y,,e0求凹凸区间:由可知在定义域内下凹。列表如下: x (-,,0) 0 (0, +,) f ,(x) - 0 + f ,(x) + + + 极小值1 f (x) , , , , yxx,,ln(2) 的定义域为(0, +,), fxxx()ln, kbfxkxx,,,,,,,,,limlim1,lim()limln,,,xxxx,,,,,,,,,,,,xx 因此曲线的无斜渐近线; lim()lim(ln),fxxx,,,,,,xx,,00 曲线有垂直渐近线x=0. 11,,,求单调区间:由得驻点x=1,由可知在x=0有极小值1; y,,,10y,,02xx ,x,,y,,e0求凹凸区间:由可知在定义域内下凹。列表如下: x (0, 1) 1 (1, +,) f ,(x) - 0 + f ,(x) + + + 极小值1 f (x) , , , , 2xy,(3) 的定义域为(-,,-1),(-1 +,), 1,x 2fxxx(),kbfxkx,,,,,,,,limlim1,lim()lim1 ,,xxxx,,,,,,,,xxxx(1)1,, 因此曲线的斜渐近线为y = x-1; 曲线有垂直渐近线x=0. lim(),fx,,,x,,1 xx(2)2,,,,yy,,,0,,求单调区间:由得驻点x=-2,x=0, 1223(1)(1)xx,, 列表如下: x (-,,-2) -2 (-2, -1) -1 (-1,0) 0 (0, +,) f ,(x) - 0 - - 0 + f ,(x) - - + + 极大值-4 无定义 极小值1 f (x) , , , , , , ,, 。 3yxxp,,,335. 试确定p的取值范围,使得与x轴: (1)有一个交点;(2)有两个交点; (3) 有三个交点。 2,yx,,,330解:由可得驻点x=-1, x=1; 12 ,y,0在区间(-,, -1),(1, +,)上,, 则函数是单调递增的, ,y,0在区间( -1, 1)上,, 则函数是单调递减的; ,,,,,,yx,6由可得驻点; yy,,,,,60,60xx,,,1112 因此x=-1是函数的极大值点, x=1是函数的极小值点,且 12 ypyp,,2+,-2+。 极大值极小值 则(1) 当-2+p>0,即p>2时曲线与x轴有一个交点; (2) 当-2+p=0,或2+p=0,即p=2或p=-2时曲线与x轴有两个交点; (3) 当-2+p<0,且2+p>0,即-2n>2时,即因此 mn,;nmmnlnln,,fmfn()(),,,,mn lnlnmnnm当n>m>2时,即因此 nmmnlnln,,mn,.fmfn()(),,,,mn 7(证明: 设在上具有二阶连续导数,对于任意的x,(0,1), fx()[0,1]0 利用f (1)和f(0)在x点的二阶泰勒公式可得 0 ,,f(),21,(1)()()(1)(1),(,1)ffxfxxxx,,,,,,,0000102! ,,f(),22,ffxfxxxx(0)()()(0)(0),(0,),,,,,,,0000202! 由ff(0)(1),可得 ,,,,ff()(),,2212, fxxx()(1),,,,0002!2! 22xx,,,(1)1,由于x,(0,1)时, 因此 000 ,,,,ff()(),,2212,fxxx()(1),,, 002!2! 1122,,,, ,,,,,fxfx()()(1)102022 1122,,,,,, ,,,,,max()(1)max(),[0,1]fxxxfxx00,,22 1,, 。 ,,max(),[0,1]fxx2
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