清华大学微积分试题库完整
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期末样题参考解答一、填空题(15空45分,答案直接填写在横线上)1.积分⎰⎰xdy xy f dx 03)(在极坐标下的累次积分为 。
答案:⎰⎰=θπθθθcos 30240)sin cos (rdr r f d2.设平面闭域}1|||| :),{(≤+=y x y x D ,则积分()=+⎰⎰Ddxdy yx x )sin(12。
答案:2==⎰⎰Ddxdy3.已知函数),(y x f 在{}10 ,10 :),(≤≤≤≤=y x y x D 上具有连续偏导数,且x x f cos 2)1,(=,⎰⎰=Ddxdy y x f 1),(,则⎰⎰=∂∂Ddxdy yy x f y),( 。
答案:11sin 2-4.计算积分值⎰⎰=-1)1ln(yydx xx dy。
答案:⎰⎰⎰-=--=-=101041)1ln()1()1ln(2dx x x dy x x dx x x5. 设}2:),,{(22≤≤+=Ωz y x z y x ,则=++⎰⎰⎰Ωdxdydz z y x )( 。
答案:ππθπ4222302020====⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰Ωdz z zrdr dz d zdxdydz z6. 设L 是xy 平面上以)1,1(),1,1(),1,1(--C B A 为顶点的三角形周边构成的曲线, 则第一型曲线积分=-⎰Lds y x )(22 。
答案:07. 设S 为上半球面222y x R z --=,则第一型曲面积分=++⎰⎰SdS z y x )( 。
答案:3222R dxdy zRzzdS R y x S π===⎰⎰⎰⎰≤+ 8. 设L 为xy 平面上的曲线10,2≤≤=x e y x ,起点为)1,0(,终点为),1(e , 则第二型曲线积分=+⎰Lydy xdx 。
答案:2222),1()1,0(22),1()1,0(22e y x y x d e e =+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰ 9.设32),,(z xy z y x f =,则在1===z y x 点=)],,(div[grad z y x f 。
第十二周习题课一.关于积分的不等式 1. 离散变量的不等式 (1)Jensen不等式:设)(x f 为],[b a 上的下凸函数,则1),,,2,1),1,0(],,[1==∈∀∈∀∑=nk k k k n k b a x λλ ,有2),(11≥≤⎪⎭⎫ ⎝⎛∑∑==n x f x f k nk k k n k k λλ (2)广义AG 不等式:记x x f ln )(=为),0(+∞上的上凸函数,由Jesen 不等式可得1),,,2,1),1,0(,01==∈∀>∑=nk k k k n k x λλ ,有∑==≤∏nk k k k nk x x k11λλ当),2,1(1n k nk ==λ时,就是AG 不等式。
(3)Young 不等式:由(2)可得设111,1,,0,=+>>q p q p y x ,qyp x y x q p +≤11。
(4)Holder 不等式:设111,1,),,,2,1(0,=+>=≥qp q p n k y x k k ,则有 qnk q k pn k p k n k k k y x y x 11111⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛≤∑∑∑===在(3)中,令∑∑======nk qk n k p k p k p k y Y x X Y y y X x x 11,,,即可。
(5) Schwarz 不等式:211221121⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛≤∑∑∑===nk k nk k n k k k y x y x 。
(6)Minkowski 不等式:设1),,,2,1(0,>=≥p n k y x k k ,则有()pnk p k pnk p k pnk p k k y x y x 111111⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∑∑∑=== 证明:()()()()()∑∑∑∑=-=-=-=+++=+⋅+=+nk p k k k nk p k k k nk p k k k k nk pk ky x y y x x y x y x y x1111111记111,11=+>-=qp p p q ,由Holder 不等式 ()()()qnk p q k k pnk p k qnk p q k k pnk p k n k p k k y x y y x x y x 11)1(1111)1(111⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛≤+∑∑∑∑∑=-==-==()q n k p k k p n k p k p n k p k y x y x 111111⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑∑∑===即:()pnk p k pnk p k pnk p k ky x y x 111111⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∑∑∑===。
.word 格式,(3343) .微分方程y ytanx cosx 0的通解为y (x C)cosx。
1y(4455) .过点( ,0)且满足关系式y arcsin x 1的曲线方程为2 1 x21 y arcsin x x 。
2C2 (4507) .微分方程xy 3y 0 的通解为y C1 22。
x2(4508) .设y1(x), y2 (x), y 3 (x )是线性微分方程y a(x)y b(x)y f (x) 的三个特解,且y2(x) y1(x)C ,则该微分方程的通解为y3(x) y1(x)y C1(y2(x) y1(x)) C2((y3(x) y1(x)) y1(x)。
2 2 x(3081) .设y1 3 x2,y2 3 x2 e x是某二阶线性非齐次微分方程的两个特解,且相应齐次方程的一个解为y3 x ,则该微分方程的通解为y 3 x2 C1x C2e x。
(4725) .设出微分方程y 2y 3y x xe x e x cos2x 的一个特解形式* x xy* Ax B x(Cx D)e x e x(Ecos2x F sin2x) 。
(4476) .微分方程y 2y 2y e x的通解为y e x(1 C1cosx C2 sinx)。
2x 1 2x(4474) .微分方程y 4y e2x的通解为y C1e 2x C2x e2x。
4(4477) .函数y C1cos2x C2sin2x 满足的二阶线性常系数齐次微分方程为y 4y 0 。
2x t 2x(4532) .若连续函数f (x) 满足关系式f(x) f(2)dt ln2,则f (x) e2x ln2。
(6808) .设曲线积分[ f (x) e x]sin ydx f ( x) cosydy与路径无关,其中f(x) 具有一阶连续导数,且f (0) 0,则f(x) 等于[ ]11(A) 1(e x e x) 。
(B) 1(e x e x) 。
22专业.专注.word 格式 ,1 x x 1 x x(C) (e x e x) 1。
(D) 1(e x e x )。
答B1x x注: 根据题意, f (x)cosy [f (x) e x ] cos y ,解得 f (x) e xCex。
由1 1 x xf(0) 0,得 C ,所以 f(x)(e xe x) ,即选项 (B)正确。
226907.若函数 y cos2x 是微分方程 y p(x)y 0 的一个特解,则该方程满足初始条件y(0) 2 的特解为 [ ]答D注:根据解的结构,通解为 y C cos2x ,由 y(0) 2得C 2。
故选项 (D)正确。
其他选项经验证不满足方程或定解条件。
[ ](A)y C 1 y 1 C 2 y 2 。
(B) y y 1 Cy 2 。
(C) y y 1 C(y 1 y 2 ) 。
(D)答D方程的一个非零特解。
根据解的结构,其通解为 y C(y 2 y 1 ) ,即选项 (D)正确。
另:根据通解定义,选项(A)中有两个任意常数, 故其不对。
当 y 2 0时,选项(B)不对。
当 y 2y 1时,选项 (C) 不对。
6579.已知函数 y y( x)在任意点 x 处的增量 yy x2o( x), y(0) ,则 y(1)等(A) y cos2x 2 。
(B) y cos2x 1 。
(C) y 2cosx 。
(D)y 2cos2x 。
6126.设函数 y 1(x), y 2(x) 是微分方程 y p(x)y 0的两个不同特解, 则该方程的通解为 y C(y 2 y 1 ) 。
注:因为 y 1(x), y 2(x) 是微分方程 y p(x)y 0 的两个不同特解,所以 y 2 y 1是该21x 于[ ](A) 2 。
(B) 。
(C) e4。
(D) e4。
答D专业.专注.word 格式 ,注: 根据微分定义及微分与导数的关系得 y y2 ,解得 ln y arctan x C ,由1 x2y(0) ,得 C ln ,所以 y(1) earctan1e 4。
因此选项 (D) 正确。
6215.设函数 y f ( x)是微分方程 y 2y 4y 0的一个解。
若 f (x 0) 0, f (x 0) 0, 则函数 f (x) 在点 x 0 [ ](A) 取到极大值。
(B) 取到极小值。
(C) 某个邻域内单调增加。
(D) 某个邻域内单调减少。
答A注:因为 f (x 0) 0, f (x 0) 4f (x 0) 0 ,所以选项 (A)正确。
6316. 设 y 1,y 2是二阶常系数线性齐次方程 y py qy 0的两个特解, C 1,C 2 是两个 任意常数,则下列命题中正确的是 [ ] (A) C 1y 1 C 2y 2 一定是微分方程的通解。
(B) C 1y 1 C 2 y 2 不可能是微分方程的通解。
(C) C 1y 1 C 2 y 2 是微分方程的解。
(D)C 1y 1 C 2 y 2 不是微分方程的解。
答C注:根据叠加原理,选项( C)正确,选项( D)错误。
当 y 1,y 2线性相关时,选项( A)错误, 当 y 1, y 2线性无关时,选项( B)错误。
答B1897. 微分方程 y y e x1 的一个特解应具有形式x(A) ae b 。
(B) axe xb 。
(C) ae xbx 。
(D)axe xbx 。
1, 1 ,所以y y e x的一个特解形式为axe x,注:相应齐次方程的特征根为专业.专注.word 格式,y y 1的一个特解形式为b 。
根据叠加原理,原方程的一个特解形式为axe x b ,即选项(B) 正确。
其他选项经检验不满足方程。
1890. 具有特解y1 e x, y2 2xe x, y3 3e x的三阶线性常系数齐次微分方程是 [ ] (A) y y y y 0。
(B) y y y y 0 。
(C) y 6y 11y 6y 0 。
(D) y 2y y 2y 0 。
答B注:根据题意,1, 1是特征方程的两个根,且1是重根,所以特征方程为( 1)( 1)23 2 1 0 。
故所求微分方程为y y y y 0,即选项 (B)正确。
7819. 设y1 e x, y2 x是三阶线性常系数齐次微分方程y ay by cy 0 的两个特解,则a,b,c 的值为 [ ](A) a 1, b 1, c 0 。
(B) a 1,b 1,c 0 。
(C) a 1,b 0,c 0。
(D) a 1,b 0,c 0 。
答C注:根据题意,1,0 是特征方程的两个根,且0 是重根,所以特征方程为( 1) 2 3 2 0 。
故原微分方程应为y y 0 ,所以a 1,b 0,c 0 即选项(C) 正确。
2670. 设二阶线性常系数齐次微分方程y by y 0的每一个解y(x) 都在区间(0, ) 上有界,则实数b 的取值范围是 [ ](A) b 0 。
(B) b 0。
(C) b 4。
(D) b 4。
答A22b b2 4 x b b2 4 x注:因为当b 2 时,y(x) C1e 2C2e 2,所以,当b2 4 0 时,要想使y(x)在区间(0, )上有界,只需要b b2 4 0,b b2 4 0 ,即专业.专注.word 格式 ,b 2。
当 b 2 4 0时,要想使 y( x)在区间 (0, )上有界,只需要 b b 2 4 与 b b 24的实部大于等于零,即 0 b 2。
当 b 2时, y(x) C 1e xC 2xe x在区 间(0, )上有界。
当b2时,y(x) C 1e x C 2xe x (C 12 C 220) 在区间 (0, )上无界。
综上所述,当且仅当 b 0时,方程 y by y 0 的每一个解 y(x)都在区间 (0, ) 上有界,即选项 (A) 正确。
3296.求微分方程 x 1 y 2 yy 1 x 2此方程是一个变量分离方程,其通解为1 y2 1 x 2C(C 2) 。
5678.求微分方程d dx y 1xy sinx的通解。
d dxyx 1y 0,dx x得其通解为Cln yln C,即x令 y C(x),代入原方程, xxC (x) C(x) C(x)22xx解得C(x) cosx C 。
所以原方程的通解为0 的通解。
1ydy y20,解: 这是一个一阶线性微分方程, 求解其相应的齐次方程 C y 。
x sin x,x1y ( cosx C) 。
x注:本题也可直接利用一阶线性非齐次微分方程的通解公式,得专业.专注.word 格式,sinx 1dx1dx1 y ( e x dx dx c)e x dx( cosx c) 。
xx22312.求解微分方程xdy ydx y2e y dy 。
x看成是的y函数,则原方程是关于未知函数x x(y) 的一阶线性微分方程dx x yye ,dy y此方程通解为ydyC ye yeydydy Cy yey,其中C 是任意常数。
解:将原方程变形,得y,x这是一个齐次型方程。
令y xu ,代入上式,得xu u2 2u ,分离变量,得du dxu22u x积分,得因为y(1) 1,所以C 1 。
于是所求特解为2x1 x 2解:将y看成自变量,xe2367.求微分方程 2xy xy y 2满足初始条件y(1) 1 的特解。
u2u Cx2,2 2。
专业.专注2368.设e x施微分方程xy p(x)y x 的一个解,求此微分方程满足条件y(ln 2) 0 的特解。
解:将y e x代入原方程,xe x p(x)e x x ,解出p(x) xe x x 。
所以原方程为xy (xe x x)y x,解其对应的齐次方程,得y Cex e x。
所以原方程的通解为y e x Ce x e。
由y(ln2) 0,得C1e 2 。
故所求特解12。
2402.求微分方程1yy y4xy x的通解。
x21解:将原方程化为y4xx2 1y x y ,这是一个伯努利方程。
令z y,则原方程化为dz 2x xz 。
2dx x21这是一个一阶线性微分方程,解得z 1(x241)(C ln(x21)) ,所以原微分方程的通解为y z 21z16 (x21)(C ln(x21)) 2。
专业.专注xx2405.求微分方程 (1 e y)dx e y(1 x )dy 0的通解。
y解:将 y 看成自变量,则 x x(y)是 y 的函数。
由于原方程是齐次型方程,令 原微分方程化为ue u,e u1这是一个变量可分离的方程,解得所以原方程的通解为x yey所以,在 y 0 时,原方程为全微分方程。
令x yx)dx e y(1 )dy ,y由于此曲线积分与路径无关, 所以 u(x, y)就是全微分式 (1 e y)dx e y(1 x) dy的一个原 y函数,且xx(x,y)y y x(1 e y )dx e y(1 )dy(0,1) y0xyx1 e y(1 0)dy 0 (1 e y)dx 1 yxy 1x y(e y 1)xye yx 1。