湖南大学高等数学A2试题及答案

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诚信应考,考试作弊将带来严重后果!湖南大学期中考试试卷课程名称:高等数学A (2);课程编码: 10015 试卷编号: ;考试时间:120分钟题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 应得分 15 15 40 16 14 100 实得分 签 名一. 填空题(每小题3分,共15分)1.方程22222440x y z yz ++--=所表示的二次曲面是 .2. 若向量375472+⊥--⊥-(a b)(a b),(a b)(a b),则(, )a b = .3. 曲线22222z x y x y y⎧=+⎨+=⎩在点(1,1,2)的切线的参数方程为 . 4. 设22u xy z =-,则u 在点()2,1,1-处方向导数的最大值为 .5. 函数21)(+=x x f 展开成)1(-x 幂级数,则展开式中3)1(-x 的系数是 . 二. 选择题(每小题3分,共15分) 1. 设有以下命题:①若2121()n n n uu ∞-=+∑收敛,则1n n u ∞=∑收敛.②若1nn u∞=∑收敛,则10001n n u∞+=∑收敛. ③若1lim 1>+∞→nn n u u ,则∑∞=1n n u 发散.④若∑∞=+1)(n n nv u收敛,则∑∑∞=∞=11,n n n n v u 都收敛.则以上命题中正确的是( )(A) ①② (B) ②③ (C) ③④ (D) ①④ 2. 直线z y x =-=+222与⎩⎨⎧=++=++02012z y y x 之间的关系是( ) (A) 重合 (B) 相交 (C) 异面 (D) 平行3. 直线:326x y zL ==绕z 轴旋转而产生的旋转曲面方程为( ) (A) 2221436()z x y =- (B) 2221336()z x y =+ (C) 2221436()x z y =- (D) 2221436()x z y =+4. 设幂级数∑∞=1n nn x a 与∑∞=1n nn x b 的收敛半经分别为3135与,则幂级数∑∞=122n n nn x b a 的收敛半经为( )(A) 5 (B)31(C) 35 (D) 155. 设),(y x z z =由方程0),(=x zx y f 确定, 其中f 可微, 且0x f '≠,则yzy x z x ∂∂+∂∂=( ) (A) x (B) x - (C) z (D) z - 三、解答下列各题(每小题8分,共40分)1. (8分) 设222222221()cos , 0;(,)0, 0.x y x y x y f x y x y ⎧++≠⎪+=⎨⎪+=⎩ 讨论),(y x f 在(0,0)处(1)偏导数是否存在;(2)偏导数是否连续; (3)是否可微..2. (8分) 判断两直线L 1:11112x y z +-==;L 2:12134x y z +-==是否在同一平面内?若在同一平面内, 则求两直线的交点; 若不是在同一平面内, 则求两直线之间的距离.3. (8分) 设 0sin (1,2,...)n n a x x dx n π==⎰,试判别级数∑∞=13n n na 敛散性.4. (8分) 设),(y x u u =具有二阶连续偏导数,试适当选取b a ,的值, 使方程2222260u u ux x y y∂∂∂-++=∂∂∂∂经过变换by x ay x +=+=ηξ,后化为方程02=∂∂∂ηξu.5. (8分) 求函数2u xy yz =+在约束条件22210x y z ++=下的最大值和最小值. .四、证明下列各题(每小题8分,共16分)1. 从椭球面外的一点作椭球面的一切可能的切线, 证明全部切点在同一平面上.2. 已知,a b 为两个非零且不共线的向量.令λ=+c a b ,λ是实数, 试证: 使得c 最小的向量c 垂直于a .五、(14分)设∑∞=--=1113)(n n n xn x f ,(1)证明)(x f 在)31,31(-内连续; (2)计算⎰810)(dx x f .一. 填空题(每小题3分,共15分): 1.椭圆柱面 2. 3π3. 1,1,22x y t z t ==+=+4. 2 6.5. 181-二. 选择题(每小题3分,共15分): 1. B 2. D 3. B 4. A 5. C 三、解答下列各题(每小题8分,共40分)1. 解:(1) 2001cos0(,0)(0,0)(0,0)limlim 0x x x x xf x f f xx∆→∆→∆-∆∆-===∆∆同理可得0)0,0(=y f ,因此,),(y x f 在(0,0)处偏导数存在. 2分(2)2222222222112cos sin , 0;(0,0)0, 0.x x x x y x y x y x y f x y ⎧++≠⎪'+++=⎨⎪+=⎩当(,)x y 沿直线0y =趋向(0,0)时,有0011lim (0,0)lim2cossin x x x y x f x x x x→→='=+,不存在, 故(,)x f x y '在(0,0)处不连续. 同理可得, (,)y f x y '在(0,0)处不连续. 5分 (3) 因为0(0,0)(0,0)(0,0)(0,0)limlimx y f x y f f x f yz dzρρρρ→→''+∆+∆--∆-∆∆-=22221[]cos 1limlim cos0x y x y ρρρρρ→→∆+∆∆+∆===. 因此,函数),(y x f 在(0,0)处可微.8分2. 解1: 直线L 1与L 2的方向向量分别为12{1,1,2},{1,3,4}s s ==, 且分别过(1,0,1),(1,1,2)P Q -- 1分从而{1,1,1},=-PQ 所以12112()13420111⨯⋅==≠-s s PQ , 3分故直线L 1与L 2为异面直线. 4分过L 1作平行于直线L 2的平面π, 其法向量可取为121122().134=⨯==-+-i j kn s s i j k所以平面π的方程为(1)(1)0x y z ++--=, 即20x y z +-+=. 6分 又因点(0,1,2)-在直线L 2上,故两直线L 1与L 2之间的距离即为点(0,1,2)-到平面π的距离, 故所求的距离为: 2221223.311(1)d --+==++- 8分 解2: 直线L 1与L 2的方向向量分别为12{1,1,2},{1,3,4}s s ==, 且分别过(1,0,1),(1,1,2)P Q -- 1分从而{1,1,1},=-PQ 所以12112()13420111⨯⋅==≠-s s PQ , 3分故直线L 1与L 2为异面直线. 4分 过L 1作平行于直线L 2的平面π, 其法向量可取121122().134=⨯==-+-i j kn s s i j k所以平面π的方程为(1)(1)0x y z ++--=, 即20x y z +-+=. 6分 又因点(1,0,1)A -和点(0,1,2)B -分别在直线L 1与L 2上, 故所求两直线的距离为:22211111(1)3.311(1)d prj ⋅-⋅+⋅-===++-n AB 8分 3. 解:令t n x -=π, 则⎰⎰⎰-=-=πππππn n n n dt t t dt t n dt t t n a 0sin sin sin )(,从而),2,1(,sin 2sin 220 0==⋅==⎰⎰n n tdt n n dt t n a n n πππππ,于是∑∑∞=∞==12133n n n n n n a π. 4分∵2112(1)31lim lim 133n n n n n nu n u n ++→∞→∞+=⋅=< ∴由比值判别法得级数13n nn a ∞=∑收敛 8分4.解:ηξ∂∂+∂∂=∂∂u u x u ,ηξ∂∂+∂∂=∂∂u b u a y u , 2分 22222222ηηξξ∂∂+∂∂∂+∂∂=∂∂u u u x u ,222222)(ηηξξ∂∂+∂∂∂++∂∂=∂∂∂uu b a u a y x u , 2222222222ηηξξ∂∂+∂∂∂+∂∂=∂∂u b u ab u a y u , 5分 于是,原方程化为:2222222(6)(212)(6)0u u u a a ab a b b b ξξηη∂∂∂+-+++-++-=∂∂∂∂ 6分令2260,60,2120a a b b ab a b +-=+-=++-≠, 7分解得当23a b =⎧⎨=-⎩或32a b =-⎧⎨=⎩时,原方程化为:02=∂∂∂ηξu. 8分5. 解:引入拉格朗日函数222(,,,)2(10)L x y z xy yz x y z λλ=++++-, 1分为求(,,,)L x y z λ的驻点,解如下方程组22220 220 220 100Ly x x L x z y yL y z z L x y z zλλλ∂⎧=+=⎪∂⎪∂⎪=++=⎪∂⎪⎨∂⎪=+=⎪∂⎪∂⎪=++-=⎪∂⎩ 3分从前三个式中消去λ可得驻点(,,)x y z 应满足222 2522x z y x z yx y x y z =⎧+==⇔⎨=⎩代入第四个式子即可求得四个驻点1234(1,5,2),(1,5,2),(1,5,2),(1,5,2),P P P P =-==---=-- 6分 代入计算得1234()55,()55,()55,()5 5.u P u P u P u P =-===-从而知在1P 与4P 两点处u 取得最小值55-,在2P 与3P 两点处u 取得最大值55.即函数2u xy yz =+在约束条件22210x y z ++=下的最大值是55,最小值是55-. 8分四、证明下列各题(每小题8分,共16分)1. 证明:设椭球面的∑的方程为2222221x y z a b c++=. 1分椭球面外一点设为222000000222(,,),1x y z P x y z a b c++>,由P 向∑作切平面,设切点为(,,)Q x y z ,因曲面∑过点Q 的切平面方程为2221xX yY zZa b c++=. 4分 令000(,,)(,,)X Y Z x y z =代入上式得0002221(*) x y z x y z a b c ++= 6分 这表明切点Q 位于同一平面(*)上.因切点和的连线就是从向椭球面所作的切线,因此所有切点位于同一平面(*)上. 8分2.证明: 因为2222222()()()2()()λλλλλ⋅⋅=+⋅+=+⋅+=++-a b a b c a b a b a a b b a b a a2分 故当2λ⋅=-a b a时, c 最小, 222min ()⋅=-a b c b a此时, 2λ⋅=+=-+a b c a a b a, 5分因为22()()⋅⋅⋅=-+⋅=-⋅+⋅=-⋅+⋅=a b a b c a a b a a a b a a b a b 0aa, 7分所以c 最小的向量c 垂直于a . 8分五. 证明(1)∵11lim ||lim 33n n n na n a n +→∞→∞+=⋅=, ∴级数∑∞=--1113n n n x n 收敛半径31=R 2分 又31±=x 时,级数1n n ∞=±∑显然发散, 故幂级数∑∞=--1113n n n x n 收敛域为)31,31(- 4分幂级数∑∞=--1113n n n x n 的和函数)(x f 在)31,31(-内连续. 6分第 11 页 (共 6 页) (2)又由∑∑⎰∑⎰∞=∞=-∞=--===11101101)3(3133)(n n n nn xn n x n x x dx x n dx x f x x x x 3131331-=-=)3131(<<-x 9分 那么 2)311()31()(x x x x f -='-= 即求得 2111)31(13)(x x n x f n n n -==-∞=-∑ )3131(<<-x 11分 dx x dx x f ⎰⎰-=8102810)31(1)(⎰---=8102)31()31(131x d x 5131131810=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=x . 14分。