中山大学2008高数试题(A)题目与答案
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中山大学2008高数试题(A)题目
一,完成以下各题(每小题7分,共28分)
⒈若(,)cossin(),(0,0),(0,0).xxyuxyeyxyuu求
⒉若函数(,),,.zzzzzxyxyzexy满足方程求
⒊计算累次积分41120.xydyyedx
⒋求解一阶线性微分方程sincos.xdyyxedx
二.(10分)求曲线积分2,yyLIexdxxeydysin2xL其中为曲线y=
(0,0)(1,1).OA上由点到的弧段
三.(10分)计算曲面积分2232,SIyzdydzyzdzdxzxydxdy其中S为
上半球面224zxy与锥面22zxy所围区域的表面,取外侧.
四. (10分)求解初值问题:2331,1(0),(0)3.3yyyxyy
五.(每小题5分,共10分)讨论下列广义积分的敛散性.
⑴1;1sindxxx ⑵10sin,0.xdxx
六. (10分)求幂级数1112nnnxn的收敛半径,收敛区间和收敛域,并求其和函数.
七. (10分)吧函数()ln(5)fxx展开成2x的幂级数,并求其收敛域.
八.(6分)研究级数2215(1)nnnn的敛散性.
九. (6分)设n是自然数,求证:方程10nxnx存在唯一正实根;nx且当1
时,数项级数1nnx收敛.
答案
一,完成以下各题
⒊计算累次积分41120.xydyyedx
解 4411122000xxxydyyedxdxyedy
44
3
11
3000133xxxyedxxedx
44
1
1
400111212xxedxe
111.12e
⒋求解一阶线性微分方程sincos.xdyyxedx
解 先解cos0.dyyxdx 分离变量,得 cosdyxdxy
lnsinln,yxC
sin.xyCe
令 sin().xyCxe则 sinsin()cos().xxyCxexCxe
代入原方程,得sinsinsinsin()cos()()cos.xxxxCxexCxeCxexe
即 ()1,().CxCxxC从而方程通解为
sin().xyxCe
二.(10分)求曲线积分2,yyLIexdxxeydy
sin2xL其中为曲线y=
(0,0)(1,1).OA上由点到的弧段
解 ,2,,yyyPQPexQxeyeyx (1,1)
故积分值和路径无关,从而
L2
12
2yyLLIexdxxeydy
(0,0) (1,0)
11
000()(2)y
exdxeydy
1
.2e
三.(10分)计算曲面积分2232,SIyzdydzyzdzdxzxydxdy其中S为
上半球面224zxy与锥面22zxy所围区域的表面,取外侧.
解 记222222{(,,):4,2},xyzxyzxyxy则有高斯公式及对称性,
33
IzxydVzdV
2
22400rrdrdrzdz
22
2
00
1
422drrdr
2
2
2224
0
0
11
2(2)22.22rdrrr
四. (10分)求解初值问题:2331,1(0),(0)3.3yyyxyy
解 齐次方程对应的特征方程为2230.特征根为121,3.
因此齐次方程的通解为 312.xxyCeCe
由于0不是特征方程的根,故设非齐次方程的特解为,yaxb代入原方程,
比较系数,得11,.3ab即原方程的通解为3121.3xxyCeCex
由定解条件,得 12120,313,CCCC 121,1.CC
初值问题的解为 31.3xxyeex
五.(每小题5分,共10分)讨论下列广义积分的敛散性.
L1
⑴ 0;1sindxxx ⑵ 10sin,0.xdxx
解 ⑴ 因为 11,(0)1sin1xxxx 而无穷积分01111dxdxxx发散,
由比较判别法, 无穷积分01sindxxx发散.
⑵ 因为10000sinsin1limlim1,xxxxxxx故11100sin1,0.xdxdxxx和同敛散
而当11110011112,112,.dxdxxx即时收敛;当即时发散故
1
0
,02,sin,2.xdxx收敛当
发散当
六. (10分)求幂级数1112nnnxn的收敛半径,收敛区间和收敛域,并求其和函数.
解 11121111111111()2222xntnnnnnnxxfxtnnn
1(1)()(),nntxfxgtn
111(),1nngttt
因此 01()ln1,1tgtdttt
1(1)()ln1ln2ln3,2xxfxx
从而 ln2ln3().1xfxx
由于111,lim,22nnnnnaala收敛半径为R=2,
收敛区间为111,11,13.2xtx即即(-1,3).
又由于级数当x=-1收敛,当x=3时发散,故收敛区域为[-1,3).
七. (10分)吧函数()ln(5)fxx展开成2x的幂级数,并求其收敛域.
解 令 ,5xt则
2()ln(72)ln7ln1ln7ln(1)7xfxxt
1111(1)(2)ln7(1)ln77nnnnnnntxnn
其收敛域为211,59.7xx即
八.(6分)研究级数2215(1)nnnn的敛散性.
解 因为222551limlim11,nnnnnn而级数11nn发散,故2215nnn也发散,即
级数2215(1)nnnn不绝对收敛.
但 222515limlim10,nnnnnn又函数225()xfxx单调下降,即
2
2
5()nfnn
关于n单调下降,于是由莱布尼兹判别法,级数2215(1)nnnn收敛.因
而级数2215(1)nnnn条件收敛.
九. (6分)设n是自然数,求证:方程10nxnx存在唯一正实根;nx且当1
时,数项级数1nnx收敛.
证 记()1,(1)0,(0)10.nfxxnxfnf则故由f(x)的连续性,必有
(0,1),()0.nnxfx使
又1()(1)0,(),nfxnxfx即严格单调故根唯一.
又,由()10,nnnnfxxnx得 1111,,.nnnnnnxxxxnn
当111,,,nn时收敛故由比较判别法1nnx收敛.证毕.