多元微分学的计算与应用典型复习题

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多元微分学的计算与应用典型复习题(A 类)一、选择题:1. 函数(,)z f x y =各偏导存在是该函数可微的-------------------------------------------------(B )(A )充分非必要条件(B )必要非充分条件(C )充要条件(D )既不充分也不必要条件 注1:二元函数可偏导、可微的关系与一元函数可导、可微的关系不一样! 注2:(,)z z x y =连续是该函数可微的必要非充分条件.注3:(,)z z x y =各偏导连续是该函数可微的充分非必要条件.2.22220(,)()tan()f x y x y y x x y =+-+,则00(,)x f x x =-------------------------(C )(A )30x (B )40x (C )302x (D )304x注:二元初等函数求偏导数值,将另一变量的附值先代入,在对该变量求导.3.上半球面z =在点(1,2,2)处的法向量可选为----------------------------------(D )(A )(12,1,1)-- (B )(12,1,1)- (C )(12,1,1)- (D )(12,1,1) 注:曲面(,)z f x y =法向量为(,,1)x y f f ''--,曲面(,,)0F x y z =法向量为(,,)x y z F F F '''.4.z y e u x -+=ln 在点)1,1,0(-处的梯度为-----------------------------------------------------(B ) (A ))1,1,0(- (B ))1,1,1(- (C ))1,1,0( (D ))1,0,1( 注1:0(0,1,1)(,,)(1,1,1)x y z gradu u u u i j k -==-=+-,该题选项也可编制成:(A )j k - (B )i j k +- (C )j k + (D )i k +二、填空题:1.设1(2,2)f x y x y xy -+-=-, 则(3,1)f -=1-.注1:令23,21x y x y +=-=-.注2:设(2,2),f x y x y x y +-=+求(,)f x y 与(,)f y x .2.z =(1,2)d (d 2d )6z x y =+. 注:222222221d(1)d d d d ln(1)22(1)1x y x x y y z x y x y x y +++=++==++++. 3.曲线21,1,2x t y t z t =+=-=在点(1,1,0)-处的切线方程为11102x y z -+==. 注:曲线(),(),()x x t y y t z z t ===在点0M 处的切向量为0((),(),())x t y t z t '''.4. sin cos u y x z =+-在点(0,0,1)-处方向(0,1,1)- 注:(,,)u u x y z =在点0M 处沿梯度0()gradu M 方向的方向导数达到最大值0()gradu M .三、计算题:1.设2tan(23)z x y t =-+,而1,x t y -==z 关于t 的全导数()z t '.解:2tan(23)z t t -=,则311222()(423)sec (23)z t t t t t ----'=--+ . 2.设(,)z f x y y x =,其中(,)f u v 可微,求x z ' ,y z ',x y xz yz ''+,d z . 解:12x u v z y f x yf --'''=-,21y u v z xy f x f --'''=-+,则0x y xz yz ''+=,d d d x y z z x z y ''=+.注:若设(cos ,sin )z f x y x y =,求(1)cos sin x y u xz y z y xf '''--;(2)u v x uf vf xz '''+-. 解:(1)cos sin x u v z yf yf '''=+,sin cos y u v z x yf x yf '''=-+, 则cos sin x y u xz y z y xf '''-=,故cos sin 0x y u xz y z y xf '''--=;(2)因cos sin x u v u v xz x yf x yf uf vf '''''=+=+,则0u v x uf vf xz '''+-=.四、计算证明题: 求曲面2223414x y z ++=上点()2,1,2P --处的切平面I 的方程,并证明直线 1:352x y L z -==+与切平面I 相互平行. 解:记()222,,3414x y z F x y z =++-,则2x x F '=,2y F y '=,2z z F '=, 于是曲面在点P 处的法线向量为()()()(,,)(1,2,1)x y z n F P F P F P '''==--,则切平面方程为()()()22120x y z --+-+=,即260x y z ---=,直线L 的方向向量为(5,2,1)s =,由0n s ∙=,知n s ⊥,又直线L 上的点(1,0,3)-∉I ,则L I .注1:在该题中,也可编制所求的切平面与已知直线垂直的证明题.注2:设3(,,)ln xy F x y z e y z -=+-,(1)求(,,)F x y z 在点(0,1,1)P 处的梯度()gradF P ;(2)求空间曲面(,,)0F x y z =在点(0,1,1)P 处的切平面的方程.解: xy x F ye -'=-,1y F y '=,23z F z '=-,则()(,,)(1,1,3)x y z p gradF P F F F '''==-,(2)所求曲面在(0,1,1)P 处的法向量()(1,1,3)n gradF P ==-,则切平面方程为()()()01310x y z -+---=,即320x y z +-+=.五、应用题:一变压器铁芯截面为正十字型,为保证所需的磁通量,要求十字应具有254cm 的面积,问应如何设计十字型宽x 及长y ,才能使其外接圆周长最短,可使绕在铁芯上的铜线最节省.解:外接圆直径D 满足222D x y =+,本题即求2D在条件22xy x -=构造拉氏函数222(2L x y xy x λ=++--,令 0,0x y L L ''==得12y x +=,将其代入22xy x -=2,1x y == 由其实际意义知,十字型宽取2,cm长取(1cm 为最优设计.注:现将一根长为2p 的硬质金属细杆截为三段,组装成一个三角形构件,问怎样截法可使该三角形构件的面积S 最大? (设p 为∆半周长,则其面积S 解: 设细杆截为三段的长分别为 z y x ,,,则S =我们需求))()((),,(z p y p x p z y x f ---=在条件下的最大值, 因 y x p z --=2 ,其化为))()((),(p y x y p x p y x h -+--=的普通极值问题,由 (,)()(22)0,(,)()(22)0x y h x y p y p x y h x y p x p x y ''=---==---=,得在 0,0>>y x 时只有一个解23,2x p y p ==, 但由问题知,最大值存在,而判别点唯一,得2x y z p ===时,三角形面积最大.多元微分学的计算与应用典型复习题(B 类)一、选择题:1.设1(2,2),f x yx y x y -+-=- 则(3,1)f -=----------------------------------- (A)(A) 1- (B) 12- (C) 13- (D) 14- 注1:令23,21x y x y +=-=-.注2:设(2,2),f x y x y x y +-=+求(,)f x y 与(,)f y x .2. 函数(,)z f x y =各偏导存在是该函数可微的-------------------------------------------------(B )(A )充分非必要条件(B )必要非充分条件(C )充要条件(D )既不充分也不必要条件 注1:二元函数可偏导、可微的关系与一元函数可导、可微的关系不一样! 注2:(,)z z x y =连续是该函数可微的必要非充分条件.注3:(,)z z x y =各偏导连续是该函数可微的充分非必要条件.3.22220(,)()tan()f x y x y y x x y =+-+,则00(,)x f x x =-------------------------(C )(A )30x (B )40x (C )302x (D )304x注:二元初等函数求偏导数值,将另一变量的附值先代入,在对该变量求导.二、填空题:1.设2tan(23)z x y t =-+,而1,x t y t -==,则322()(42)sec (22)z t t t t --'=-++.注:2tan(23)z t t -=.2.z =(1,2)d (d 2d )6z x y =+. 注:222222221d(1)d d d d ln(1)22(1)1x y x x y y z x y x y x y +++=++==++++. 三、计算题: 设(,)z f x y y x =,其中(,)f u v 可微,求x z ' ,y z ',x y xz yz ''+,d z . 解:12x u v z y f x yf --'''=-,21y u v z xy f x f --'''=-+,则0x y xz yz ''+=,d d d x y z z x z y ''=+. 四、证明题:设(,)z z x y =由 z x z y 25)35ln(-=- 所确定,求证:235x y z z +=.证:设=),,(z y x F z x z y 25)35ln(+--,则535,,205353x y z F F F y z y z =-==-≠--, 则23x y z z +(23)x y z F F F =-+ =5.(掌握多元隐函数求偏导的公式法) 注:设(,)z z x y =由 sin(2)23y z x z -=+ 所确定, 求证:32y x z z -=.(自证)四、应用题:为处理含某种杂质的污水,要制造一个底部宽为2米的无顶盖长方体沉淀箱,污水从A 孔流入,经沉淀后从B 孔流出,设箱体的长度为a 米,高度为b 米,已知流出的水中该杂质的质量分数M 与ab 成反比,比例系数k 为正常数,现有制箱材料60平方米,问当a 、b 各为多少米时,经沉淀后流出的水中该杂质的质量分数最小(A 、B 孔的面积忽略不计)? 解:本题为求1()M k ab -=在条件24260a b ab ++=即230a b ab ++=下的最小值问题. 构造拉氏函数(230)L ab a b ab λ=+++-,(1)0,(2)0x y L b b L a a λλ=++==++= , 得2a b =代入条件,得唯一解6a =,则3b =,由问题的客观性知,此解即为所求. 注:“蒙古包”是满族对蒙古族住房的称谓,“包”是家的意思.蒙古包的侧面是圆柱形,其包顶是半球形,包顶的单位面积造价是其侧面的1.5倍,在搭建时若要求蒙古包容纳的体积π45一定,问怎样搭建才能使总造价最低?(自已完成)。