2001-2007.2009天津大学生数学竞赛答案(4)

1970-01-01 08:00

命:F(x)??f(x)???f?(x)?,则F(x)在区间[-2,2]上可导,且

22F(?1)??f(?1)???f?(?1)??2;

22F(?2)??f(?2)???f?(?2)??2;

22F(0)?4。

故F(x)在闭区间??1,?2?上的最大值F(?)?Max?f(x)??4,且??(?1,?2)。由弗马定理知F?(?)?0。而

x???1,?2?F?(x)?2f(x)f?(x)?2f?(x)f??(x),

故 F?(?)?2f?(?)?f(?)?f??(?)??0。 由于F(?)??f(?)???f?(?)??4,所以f?(?)?0,从而f(?)?f??(?)?0

222004第一题①1?x?2 ②e第三题解:因为

3?12 ③ 3 ④dx?2dy⑤yf??(xy)???(x?y)?y???(x?y)第二题ACDBD 1x1?f(x)??x?limln?1?x?f(x)??x?0x?e?lim?1?x??e?x?0x??,

所以

1?f(x)?limln?1?x???3。 x?0xx??f(x)??limln?1?x???0, x?0x?? 由无穷小比较,可知

x?以及

limx?0f(x)x?3。 x 从而

1?f(x)?3??,其中lim??0, 2x?0x即

由此可得

f(x)?2x2?o(x2)。

f(0)?0,f?(0)?0,f??(0)?4。

1x221x 并有 第四题解:

?2x?o(x)?f(x)???lim?1??lim?1??e2 ???x?0x?0x?x???ln(1?x)?lnx1??1??dx?ln(1?x)?lnx???dx?x(1?x)??x1?x?

ln(1?x)lnx?ln(1?x)lnx??????dx??dx?dx??1?xxx1?x??

1lnxlnx??ln2(1?x)?ln2x?lnx?ln(1?x)??dx??dx21?x1?x12???ln(1?x)?lnx??C2??第五题解:方法一:利用莱布尼兹公式

f(100)(x)?x2?ln(1?x)?又

(100)?100?ln(1?x)?(99)?(2x)?100?99?ln(1?x)?(98)?2, 2?ln(1?x)????ln(1?x)?(4)由归纳法可得

112!???,?ln(1?x)???,ln(1?x)'''?,231?x(1?x)(1?x)

3!??,??4(1?x)(n?1)!。 n(1?x)。

?ln(1?x)?(n)?(?1)n?1故

?ln(1?x)?(98)?(?1)98?197!97!??(1?x)98(1?x)98所以

f(100)(0)??990?97!。

方法二:利用泰勒公式

11x4x5x100f(100)(0)??,f(100)(0)??990?97!。 f(x)?x???????,故

100!9823983第六题解:对于充分大的x > 0,必存在正整数n,使得

nT?x?(n?1)T。

?kT0f(t)dt??f(t)dt??0T2TTf(t)dt????x0kT(k?1)Tf(t)dt?k?f(t)dt?kA,0T(k?1,2,?),

故有

nA??f(t)dt?(n?1)A,

nT及

f(t)dtnA?0??(n?1)T(n?1)Tlim?x0f(t)dtx??(n?1)T0f(t)dtnT?(n?1)A。

nT注意到:

nA(n?1)AA?lim?,

n??(n?1)Tn??nTT

且当n???时,x???。由夹逼定理可知

x????limx0f(t)dtx?A Tf(x,y,z)的方向导数的表达式为

第七题解: 函数

?f?f?f?f?cos??cos??cos??l?x?y?z其中:cos?。

?12,cos???12,cos??0为方向l?的方向余弦。因此

?f?2(x?y)。 ?l 于是,按照题意,即求函数

2(x?y)在条件2x2?2y2?z2?1下的最大值。设

F(x,y,z,?)?2(x?y)??(2x2?2y2?z2?1),

则由

??f??x???f???y???f??z???f????得z

?2?4?x?0??2?4?y?0

?2?z?0?2x2?2y2?z2?1?0?0以及x??y??1?11??11?,即得驻点为M1??,?,0?与M2???,,0?。 2?22??22?因最大值必存在,故只需比较

?f?f?2,??2,

?lM1?lM2的大小。由此可知M1?11???,?,0?为所求。 ?22?x??第八题证明:设f(x)?x2n?a1x2n?1???a2n?1x?1,则其在区间(??,??)上连续,且f(0)??1,limf(x)???。

因而,当x???时,必存在x1同理,当x???时,必存在x2综上可知,方程x2n?0,使得f(x1)?0。由连续函数的介值定理可知,至少有一点?1?(0,x1),使得f(?1)?0。 ?0,使得f(x2)?0。由连续函数的介值定理可知,至少有一点?2?(x2,0),使得f(?2)?0。

?a1x2n?1???a2n?1x?1?0至少有两个实根。

n??第九题证明: 证明limxn存在:

注意到:对于一切的n恒有

xn?1?xn?1?1,

2?xn?12?2,

2?xn?1xn?2?因此知数列

?xn?有界。又

???12?1?????2??2?????2?x2?xn?1?2?xnn?1?????2(xn?xn?1)???(2?x)(2?x),

n?1n??2xn?1?xn??2??2?xn?xn?xn?1?2(xn?1?xn?2),……,

(2?xn?2)(2?xn?1)2(x1?x0), x2?x1?(2?x0)(2?x1)于是可知xn?1?xn与x1?x0同号,故当x1?x0时,数列?xn?单调递增;当x1?x0时,数列?xn?单调递减。也就是说,数列?xn?为

单调有界数列,而单调有界数列必有极限。

求limxn:

n??设limxnn???a,则

a?limxn?limn??2(1?xn?1)2(1?a), ?n??2?x2?an?1解之得a?2,即limxn?2。

n??第十题解: 旋转曲面的方程为x2?y2?z2?1。补充曲面

?x2?y2?5,其法线向量与z轴正向相反;和 ?1:??z?2,?x2?y2?2,?2:?其法线向量与z轴正向相同。

z?1,?设由曲面?,?1,?2所围空间区域为?,则

I???xz2dydz?sinxdxdy?????1??22??xz2dydz?sinxdxdy???xz2dydz?sinxdxdy???xz2dydz?sinxdxdy?1?2????zdxdydz??222x2?y2?5??sinxdxdy???sinxdxdy???x2?y2?221zdz2x2?y2?1?z2??dxdy?0?0

?z3z5?2128????z?(1?z)dz?????????3?15?115?第十一题证明:记上半圆周L的直径为AB,取AB+L为逆时针方向;又命D为AB+L所包围的区域。由格林公式有

???ABP(x,y)dx?Q(x,y)dy??AB?LP(x,y)dx?Q(x,y)dy??P(x,y)dx?Q(x,y)dyL??Q?P?P(x,y)dx?Q(x,y)dy??????x??y??dxdyAB?L?D?

??Q?P???Q?P??r2二重积重积分中定理???x??y??M??dxdy????x??y??M?2??1D??1其中:M1?D为某一点。另一方面

x0?rx0?r?ABP(x,y)dx?Q(x,y)dy??P(x,y0)dx积分中值定理P(?,y0)?2r(x0?r???x0?r)。

于是有

??Q?P??r2???x??y??M?2?P(?,y0)?2r, ??1即???Q?P??r?????x?y?M2?2P(?,y0)。

??1?0,两边取极限,得到P(x0,y0)?0,由(x0,y0)的任意性知P(x,y)?0;且

命rlim类似

?Q(x,y)?Q(x,y)?0。 ?0,即

r?0(x0,y0)?xM1?x?Q(x,y)?0。

?x第十二题证明: ⑴ 使用反证法,即假设当x?[0,1]时,恒有f(x)?4成立,于是有

111?11?x?f(x)dx?x?f(x)dx?4x????0?2??02?02dx?1。 1111f(x)dx?1,4?x?dx?1。

0221?1因此有

?0x?1从而有

?0x?1?4?f(x)?dx?0。 210于是有

f(x)?4,即

f(x)??4,这显然与?f(x)dx?0矛盾,故?x0?[0,1],使得f(x0)?4为真。

⑵ 仍然使用反证法。 只需证?x2成立,这与

使得f(x2)?4即可。这是显然的,因为若不然,则由f(x)在[0,1]上的连续性知,必有f(x)?4或f(x)??4?[0,1],

?10f(x)dx?0矛盾,再由f(x)的连续性及⑴的结果,利用介值定理即可证得?x1?[0,1],使得f(x1)?4。

第一题①

2003

1121t???(t)???(t)② ③ ④ln2 ⑤第二题DBBAC第三题解:注意到左边的极限中,无论a2322e24kt为何值总有分母趋于零,因此要想极限存在,分子必须为无穷小量,于是可知必有b= 0,当b= 0时使用诺必达法则得到

2xtdt1x2, lim?lim022x?0sinx?ax?x?01?t(cosx?a)1?x由上式可知:当x?0时,若a?1,则此极限存在,且其值为0;若a = 1,则

2xtdt1x2lim?lim??2。

022x?0sinx?x?x?01?t(cosx?1)1?x综上所述,得到如下结论:

a?1,b = 0,c = 0;

或a = 1,b = 0,c = -2。

第四题 解:⑴ 欲使f(x)在点x = 0处可导,f(x)在点x = 0处必须连续,于是有

limf(x)?limx?0x?0?(x)?cosxx?limx?0??(x)?sinx1???(0)


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