2015年重庆大学数学分析研考题(精)

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重庆大学2015年硕士研究生入学考试试题科目代码:621 科目名称:数学分析总分:150 分特别提醒:所有答案一律写在答题纸上,直接写在试题上的不给分。

一、计算(6分/每小题,共24分(1(((122lim 111n n x xx -→∞+++ (1x <(2(21xxe dx x +⎰(32sin 1cos x xdx xπ+⎰(4((211lim 1nn k nx k nx k n →∞=+++∑二、(10分设(f x 在(0,+∞上满足函数方程((2f x f x =,且(0 lim x f x C →=(常数,证明:(f x C ≡,(0,x ∈+∞.三、(13分若(f x 在(,-∞+∞上可微,且(limx f x →∞=-∞,证明:存在(,ξ∈-∞+∞使得(0f ξ'=.四、(15分设(,α∈-∞+∞,讨论级数⎪⎭⎫⎝⎛+∑∞=n n n n ln 1sin 12πα的绝对收敛性与条件收敛性.五、(13分计算(32sin 2x y z dxdydz Ω++⎰⎰⎰,Ω由旋转双曲面2221x y z +-=、平面z H =、z H =-所围成. 六、(15分计算(2222axdydz z a dxdyI x y z ∑++=++⎰⎰,其中∑为下半球222z a x y =---的上侧,0a >. 七、(15分令21sin((1xt f t dx x+∞=+⎰,证明: (1反常积分关于t 在(,-∞+∞上一致收敛;(2函数(f t 在(,-∞+∞上连续,且lim (0t f t →+∞=. 八、(15分函数(f x 为(,-∞+∞上的单调增加有界函数, (1证明:对于任意(0,x∈-∞+∞,(0lim x x f x →+存在; (2讨论(lim x f x →-∞的存在性,并说明理由. 九、(15分讨论(肯定,给出证明;否定,举出反例: (1对无穷限反常积分,平方可积与绝对可积之间的关系; (2对无界函数反常积分,平方可积与绝对可积之间的关系. 十、(15分设11a =,21a =,2123n n n a a a ++=+,1n ≥,(1证明{}n a 的通项公式为113(12n n n a --+-=;(2求1n n n a x ∞=∑的收敛域与和函数.一、计算(6分/每小题,共24分(1(((122lim 111n n x xx -→∞+++ (1x <解:(((122lim 111n n x xx -→∞+++((((122211111lim lim11n nn n x x x x x xx-→∞→∞-+++-==--1=1x- (2(21xxe dx x +⎰解: (2=1xxe dx x +⎰((211=1x x e dx x +-+⎰(211x xe e dx dx x x -++⎰⎰ (('2111x x e e dx dx x x =-++⎰⎰((22111x x x e e e dx dx x x x =+-+++⎰⎰1x e c x =++ (32sin 1cos x xdx xπ+⎰解:2222002sin sin sin 1cos 1cos 1cos x x x x x x dx dx dx x x x ππππ=++++⎰⎰⎰对后一积分作代换x t π=-,则(((((02222022sin sin sin 11cos 1cos 1cos t t t t x x dx dt dt x t t ππππππππ---=⋅-=++-+⎰⎰⎰ (222200sin sin arctan cos 21cos 1cos 4 x x x dx dx x x x ππππππ==-=++⎰⎰ (4((211lim 1nn k nx k nx k n →∞=+++∑解由不等式222a b ab +≤可得((1122nx k nx k nx k nx k nx k ++++≤+++≤+于是((2111111111112n nn n k k k k k k k x nx k nx k x x n n n n n n n ====⎡+⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫+≤+++≤+++ ⎪⎪⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦∑∑∑∑由定积分的定义(11101111lim lim 2n n n n k k k k x x x t dt x n n n n →∞→∞==+⎛⎫⎛⎫+=+=+=+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭∑∑⎰因此由极限性质,有((2111lim 12nn k nx k nx k x n→∞=+++=+∑二、(10分设(f x 在(0,+∞上满足函数方程((2f x f x =,且(0lim x f x C→=(常数,证明:(f x C ≡,(0,x ∈+∞.证,0(0+∞∈∀x ,利用((2f x f x =得(2x f x f ⎛⎫=⎪⎝⎭,(002n x f x f ⎛⎫= ⎪⎝⎭,由于 (00lim lim 2n n x x f f x C →∞→⎛⎫== ⎪⎝⎭得到(f x C ≡,(0,x ∈+∞.三、(13分若(f x 在(,-∞+∞上可微,且(lim x f x →∞=-∞,证明:存在(,ξ∈-∞+∞使得(0f ξ'=.证明:由(lim x f x →∞=-∞,对于(01G f =+,0,X x X ∃>∀>,有((01f x f <--又(f x 在(,-∞+∞上连续,所以(f x 在[],X X -上连续.由闭区间上连续函数的最值定理,(f x 在[],X X -上存在最大值M .即[](,,x X X f x M ∀∈-≤[]0,X X ∈-,当然(0f M ≤.又x X ∀>,有(((010f x f f M <--<≤ 即((,,x f x M ∀∈-∞+∞≤.得证.四、(15分设(,α∈-∞+∞,讨论级数⎪⎭⎫⎝⎛+∑∞=n n n n ln 1sin 12πα的绝对收敛性与条件收敛性.解:由(nn n nln 1sin1ln 1sin -=⎪⎭⎫⎝⎛+π 当1>α时,111sin ln n n n n ααπ⎛⎫+≤ ⎪⎝⎭,而∑∞=1 1n n α收敛,所以⎪⎭⎫⎝⎛+∑∞=n n n n ln 1sin 12πα绝对收敛当10≤≤α时,11sin ln n n n απ⎛⎫+ ⎪⎝⎭~n n ln 1α,而∑∞=2ln 1n nn α发散且(n n n n n n ln 1sin 11ln 1sin 1ααπ-=⎪⎭⎫⎝⎛+,n n ln 1sin 1α单减趋于0, 所以⎪⎭⎫⎝⎛+∑∞=n n nn ln 1sin 12πα条件收敛当0<α时,+∞→⎪⎭⎫⎝⎛+n n n ln 1sin 1πα,所以⎪⎭⎫⎝⎛+∑∞=n n n n ln 1sin 12πα发散五、(13分计算(32sin 2x y z dxdydz Ω++⎰⎰⎰,Ω由旋转双曲面2221x y z +-=、平面z H =、z H =-所围成.解:Ω关于yoz 面对称,所以3sin 0xdxdydz Ω=⎰⎰⎰;Ω关于xoz 面对称,所以0ydxdydz Ω=⎰⎰⎰; 又Ω关于xoy 面对称,所以(2x y z dxdydz Ω++⎰⎰⎰1222z dxdydz z dxdydz ΩΩ==⎰⎰⎰⎰⎰⎰其中({}1,,0x y z z Ω=∈Ω≥向坐标轴z 轴进行投影:0z H ≤≤,222:x 1z D y z +≤+,所以(2x y z dxdydz Ω++⎰⎰⎰(122222221zHHD z dxdydz z dz dxdy z z dz πΩ===+⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ 53253H H π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭六、(15分计算(2222axdydz z a dxdyI x y z ∑++=++⎰⎰,其中∑为下半球222 z a x y =---的上侧,0a >. 解. 直接分块积分1I =222axdydz x y z∑++⎰⎰,(22222z a dxdyI x y z∑+=++⎰⎰1I =22222212yzD a xdydz axdydz a y z dydz a x y z ∑∑==---++⎰⎰⎰⎰⎰⎰其中yz D 为yoz 平面上的半圆2 22,0y z a z +≤≤ 利用极坐标,得其中 Dxy 为xoy 平面上的圆域用极坐标,得因此七、(15 分)令证明:(1)反常积分关于 t 在上一致收敛;(2)函数 f (t 在上连续,且证明:(1)因为,而收敛,故由 M-判别法可知在上一致收敛。

(2)因为在上连续,且在上一致收敛,故 f (t 在上连续。

对任意,因为使得对,有在上一致收敛,故存在 X>1 ,又根据黎曼引理,,即0 ,使得对,有从而根据(*和(**,对,有于是。

第 6 页共 9 页八、(15 分)函数为上的单调增加有界函数,(1)证明:对于任意,存在;(2)讨论的存在性,并说明理由解:函数 f 为上的单调增加有界函数,函数在 x0 处存在左右导数.且,为上的单调增加有界函数,当然在单调增加有界,所以 f 在存在下确界,记为由下确界定义,,有又在单调增加,取,则当,有即 lim f类似可证在无穷远处有,函数为上的单调增加有界函数,当然在上存在下确界,记为,由下确界定义,有,,有由在上的单调增加,,,当时,有即类似可证九、(15 分)讨论(肯定,给出证明;否定,举出反例):(1)对无穷限反常积分,平方可积与绝对可积之间的关系;(2)对无界函数反常积分,平方可积与绝对可积之间的关系. 解(1)收敛不能保证绝对收敛,例如:第 7 页共 9 页,则 4收敛,但不是绝对收敛的;绝对收敛不能保证收敛,例如:(2)由其他,则绝对收敛,但发散。

,可知收敛保证绝对收敛; 2 b 但绝对收敛不能保证收敛,例如:b 1 x ,则绝对收敛,但发散. 十、(15 分)设1,,,,(1)证明的通项公式为; 2 (2)求的收敛域与和函数解因,故,于是由 n 为偶数时,,,,将它们相加可解出由 n 为奇数时,,,2 ,将它们相加也可解出3 ,收敛半径当时,,发散当时,,第 8 页共 9 页发散 1 1 所以收敛域为第 9 页共 9 页。