2010年全国大学生数学专业及高等数学竞赛试题及解答(4)

2019-02-21 00:00

?f??1?limsinx?cosx?1x?xtanx22x?02

sinx?2sin?2limx?022x2x?xtanx2sin2

x??2xcos?1??2?2??2limx?0sinx1?2?x?1??xcosx??2

x??2xsincos?1??22?lim??lim?x?0x?0sinx1x??1???xcosx

?1?2?11?1?12.

设f?x?在?0,??上连续,无穷积分?f?x?dx收敛,求lim0y???解:设F?x?? limF?x??x????1?yy0xf?x?dx.

?x0f?t?dt,由条件知,F??x??f?x?, ,

???0f?t?dt?A利用分部积分,得

?y0xf?x?dx?y0?y0xF??x?dx?yF?y???y0F?x?dx,

1?yxf?x?dx?F?y??y01?yy0F?x?dx,

y???lim?F?x?dxy?limF?y??A,

y???于是lim1y????yy0xf?x?dx?limF?y??limy???1y????yy0F?x?dx

?A?A?0.

16

设函数f?x?在?0,1?上连续,在?0,1?内可微,且f?0??f?1??0,

?1?f???1. ?2??1????,1?证明:(1)存在?2?,使得f?????;

(2)对于每一?,存在???0,??,使得f??????f???????1. 证明:(1)令F?x??f?x??x, 由题设条件,可知F????2??1?12,

F?1???1;

利用连续函数的介值定理,得 存在

????1?,1??2?,使得F????0,即f?????.

令G?x??e??x?f?x??x?,

由题设条件和(1)中的结果,可知,

G?0??0,G????0;

利用罗尔中值定理,得 存在???0,??,使得G?????0,

由G??x??e??x?f??x??1??e??x??f?x??x?, 即得f??????f???????1.

六、 试证:对每一个整数n?2,成立 1?n1!???nnn!?en2.

17

分析:这是一个估计泰勒展开余项的问题,其技巧在于利用泰勒展开的积分余项.

证明:显然n?0时,不等式成立; 下设n?1.

n由于e??nk?0nkk!?1n!?0?n?t?nnedt,

t这样问题等价于证明

n!?2e?n?n0?n?t?edt,

tn即

????0tedt?2en?t?n?0?n?t?n?unnedt,

t令u??0?n?t上式化为

n?tntedt?2?uedu,

0??n?un从而等价于?uedu?只要证明?uedu?n2nn?u?n0nuedu,

?un?u?n0uedu,

设f?u??une?u,则只要证明

f?n?h??f?n?h?,?0?h?n?,

就有?f?n?h?dh?0

n?n0f?n?h?dh,

?2nnf?u?du??n0f?u?du,

则问题得证.

以下证明f?n?h??f?n?h?,?0?h?n?,成立 上式等价于?n?h?e?n?h??n?h?eh?n, 即nln?n?h??h?nln?n?h??h, 令g?h??nln?n?h??nln?n?h??2h,

18

nn则g?0??0,并且对0?h?n,有

dgdh?nn?h?nn?h?2

2 ?2nn2?h2?2??2h2n2?h2?0,

从而当0?h?n时,g?h??0, 这样问题得证.

注:利用这一结论,我们可以证明如下结论. 2n六、设n?1为整数,F?x???x0e?t?tt???t??1???1!2!n!?dt?F?x??n?n?2,在?,n?2??上至少有一个根.

证明:存在a?(1an?x2n,n),使得?0e?xkk?0k!dx?12n.

证明:令f?y???ynx0e??xk

k?0k!dx,nnkn则有

f?n?????2?2?x?xx?n?0e?xk?0k!dx??20eedx2,

nf?n???n?xxknn0e?n?nk0e?dx

k?0k!dx??k?0k! ??n0e?n?12endx?n2,

由连续函数的介值定理,得

存在a??n???2,n??,使得f?a??n2,

故问题得证.

nn这里是由于g?x??e?x?xk?xxk?0k!, g??x???en!?0,

19

,证明方程

g?x?在?0,???上严格单调递减,

所以,当0?x?n时,有g?x??g?n?.

七、 是否存在R上的可微函数f(x),使得f(f(x))?1?若存在,请给出一个例子;若不存在,请给出证明。 证明 如果这样的函数f(x)存在,

我们来求f(f(x))的不动点,即满足f(f(x))?x的x,

x?1?x?x?x?x42x?x?x?x2435,

2435,

(x?1)(x?x?1)?0,

由此得x?1,这表明f(f(x))有唯一的不动点x?1,易知f(x)也仅有唯一的不动点x?1,f(1)?1,在等式f(f(x))?1?求导,得

324f?(f(x))f?(x)?2x?4x?3x?5x,

x?x?x?x2435,两边对x让x?1,即得(f?(1))2八、设函数

??2,这是不可能的,故这样的函数不存在。

f在[0,??)上一致连续,且对任何x?[0,1],有

limf(x?n)?0,

n??f(x)?0lim证明: 。

x???试举例说明,仅有证明 由当

f在[0,??)上的连续性推不出上述结论。

f在[0,??)上一致连续,对??

20

?0, ???0,

y1,y2?[0,??)


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