一、填空题1.已知(,)zz x y =由方程20z xz ye y +-=确定,则zy∂=∂ . 解:22zzy z zz F z e y y e y F x ye x ye ∂--=-=-=∂++类题:已知(,)z z x y =由方程10z yz xe ++=确定,则zx∂=∂ . 2.函数22(,)24f x y x y =+在点(2,1)P 处沿梯度方向的方向导数为 .解:∵4,8x y f x f y ==,∴在点(2,1)P 处沿梯度方向的方向导数为22(2,1)646482x y f f +=+=类题:函数(,)x f x y ye =在点(1,3)P 处沿梯度fgrad 方向的方向导数为 .3.曲面222236xy z ++=在点(1,1,1)处的切平面方程为 .解:∵曲面的法向量为{,,}{2,4,6}x y z F F F x y z =,其中222236Fx y z =++-.∴在点(1,1,1)处的切平面方程为2(1)4(1)6(1)0x y z -+-+-= 类题:曲线2cos ,2sin ,6x t y t z t ===在点4t π=处的切线方程为 .4.交换二次积分21d (,)d y yIy f x y x =⎰⎰的积分次序,得I = .解:画图知积分区域为:01,D x x y x ≤≤≤≤故10d (,)d xxI x f x y y =⎰.类题:交换二次积分21d (,)d x Ix f x y y =⎰⎰的积分次序,得I = .5.设L 是以(0,0)O ,(1,0)A ,(0,1)B 为顶点的三角形边界,则曲线积分()d Lx y s +=⎰ .解:画图11()d 1d d d 21LABBOOAABx y s s y y x x +=++=++=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰类题:设平面曲线L 为圆周cos ,sin x t y t ==位于第一象限部分,则曲线积分d Lxy s =⎰ .6.设∑为上半球222zR x y =--则曲面积分d z S ∑=⎰⎰ .解:222222xy z z R x yR x y ==----2223222d DR z S R x y R R x y σπ∑=--=--⎰⎰.类题:设∑为平面21x y z++=在第一卦限中的部分,则曲面积分(2)d z x y S ∑++=⎰⎰ .7.幂级数2021nn n x n ∞=+∑的收敛域为 . 解:∵2212112n nn n x x x n =<⇒<+,12x =时,原级数2011n n ∞==+∑收敛, 12x =-时,原级数21(1)1n n n ∞==-+∑收敛.∴收敛域为12x ≤. 类题:幂级数02nnn x n ∞=⋅∑的收敛域为 .8.二阶齐次线性微分方程320y y y '''-+=的通解为 .解:特征方程2320rr -+=的根为121,2r r ==,故通解为212x x C e C e +.类题:二阶齐次线性微分方程230y y y '''--=的通解为 .9.设21,0,()1,0,x f x x x ππ--<≤⎧=⎨+<≤⎩则其以2π为周期的傅里叶级数在x π= 处收敛于 .解:由收敛定理知,在x π=处收敛于22(0)(0)1(1)222f f ππππ-++--++==. 二、选择题 1.曲面(,)z f x y =对应于点000(,,)x y z 与z 轴正向相交成锐角的法向量可取为 ( ) (A) 0000{1,(,),(,)}x y f x y f x y ; (B)0000{(,),(,),1}x y f x y f x y ;(C) 0000{(,),(,),1}x y f x y f x y -; (D)0000{(,),(,),1}x y f x y f x y --.解:因与z 轴正向相交成锐角,故cos 0γ=>,0z F >,选(D).类题:曲面2222312xy z ++=在点(1,2,1)-处的切平面方程( )(A) 28624x y z +-=; (B)121143x y z +-+==-; (C) 121286x y z -+-==-; (D)4312x y z -+=. 2.设(,)f x y 是D 上的连续函数,若D :221x y +≤,而1D :221x y +≤,0x ≥,0y ≥,则下列式子成立的是( ). (A)12222()d d 4()d d D Df xy x y f x y x y +=+⎰⎰⎰⎰; (B)22()d d 0Df x y x y +=⎰⎰;(C)12222()d d 4()d d DD f x y x y f x y x y +=+⎰⎰⎰⎰;(D)12222()d d 2()d d DD f x y x y f x y x y +=+⎰⎰⎰⎰.解:因4个选项的被积函数关于,x y 都为偶函数,所以二重积分等于第一象限积分的4倍.选(C). 3.函数(,)z f x y =在点00(,)x y 处偏导数0000(,),(,)x y f x y f x y 存在是函数在点00(,)x y 处可微的( A )(A)必要条件; (B)充分条件; (C)充要条件; (D)既非充分也非必要条件. 4.下列4个级数中,条件收敛的是( ).(A)12(1)!n nn n ∞=-∑; (B) 1(1)n n ∞=-∑; (C) 31(1)4nn n n ∞=-∑; (D)113!(1)n n nn n n ∞+=⋅-∑. 解:n ∞=为1p <的p 级数,故发散.1(1)nn ∞=-∑是交错级数满足莱布尼茨定理的条件,收敛.根据条件收敛的定义,综上有此级数条件收敛.5.设1,0,2()122,1,2x x f x x x ⎧≤≤⎪⎪=⎨⎪-<<⎪⎩01()cos ,2n n a S x a n x x π∞==+-∞<<+∞∑,其中102()cos d ,0,1,2,n a f x n x x n π==⋅⋅⋅⎰,则5()2S -等于( C ).(A)12; (B)12-; (C)34; (D)34-. 解:由n a 的表达式知道,此()S x 是以2为周期的()f x 的余弦级数的和,从而有511111113()()()[(0)(0)](1)222222224S S S f f -=-==-++=+=.6.设函数(,),(,)P x y Q x y 在单连通区域D 内具有一阶连续偏导数,则曲线积分d d LP x Q y +⎰在D 内与路径无关的充要条件是在D 内恒有( B ) (A)P Q x y ∂∂=∂∂; (B)P Q y x ∂∂=∂∂; (C)P Q x y ∂∂=-∂∂; (D)P Qy x∂∂=-∂∂. 三、解答题 1.求二元函数22(,)(2)x f x y e x y y =++的极值,并说明是极大值还是极小值.解:由2222(,)2(2)01,12(,)(22)0x x x xy f x y e x y y e x y f x y e y ⎧=+++=⎪⇒==-⎨=+=⎪⎩为唯一驻点. 又由于011(0,0)(000)0(,1)22f e f e =++=>-=-所以在1(,1)2-处取得极小值为1111(,1)(12)222f e e -=+-=-. 类题:①求二元函数33(,)3(0)f x y axy x y a =-->的极值.解:由函数中,x y 呈轮换对称性,知必有x y =.22(,)330(0,0),(,)(,)330x yf x y ay x a a f x y ax y ⎧=-=⎪⇒⎨=-=⎪⎩为驻点. (,)6,(,)3,(,)6xx xy yy f x y x f x y a f x y y =-==-当(,)(0,0)x y =时,由2290AC B a -=-<可知不取极值当(,)(,)x y a a =时,由2222369270,6AC B a a a A a -=-=>=-可知在点(,)a a 函数取得极大值为3333(,)3f a a a a a a =--=②求函数222f x y z =++在1ax by cz ++=下的最小值.2.设函数2(,2)z f x y x y =+,其中(,)f u v 具有二阶连续偏导数,求z x ∂∂,2zx y∂∂∂. 解:1222zxyf f x∂''=+∂, 22232111122122*********()2()22(22)2zxf xy x f f x f f xf x yf xy x f f x y∂''''''''''''''''=++++=++++∂∂ 类题:①设函数22(sin ,)x zf e y x y =+,其中(,)f u v 具有二阶连续偏导数,求z x ∂∂,2zx y∂∂∂. 解:12sin 2x ze yf xf x∂''=+∂, 2111122122cos sin (cos 2)2(cos 2)x x x x ze yf e y e yf yf x e yf yf x y∂'''''''''=++++∂∂ 21111222cos sin cos (2sin 2cos )4x x x x e yf e y yf ye y xe y f xyf '''''''=++++ ②已知(,)()x z x y xy =,求z x ∂∂和zy∂∂. 3.计算二重积分d xyDxe σ⎰⎰,其中D 是由1,2,2,1x x yxy ====围成的闭区域.解:画图,D :112,2x y x≤≤≤≤把二重积分转化为二次积分得:22224211111d d d ()d 22xy xy x xDxe x xe y e e x e e e σ==-=--⎰⎰⎰⎰⎰. 类题:计算二重积分2d Dy σ⎰⎰,其中D 是由曲线22,2yx x ==围成的闭区域.解:(画图)2222064d 2d d 15xDy x y y σ==⎰⎰⎰ 4.将函数()ln(2)f x x =+展成x 的幂级数,并写出可展区间.解:23()ln(2)ln 2(1)ln 2ln(1)ln 222246x x x x x f x x =+=+=++=+-+-11ln 2(1)2n n n x n ∞-==+-∑,112x -<≤,即11()ln 2(1)2n n n x f x n ∞-==+-∑,22x -<≤. 类题:①将函数1()(1)f x x x =+展成1x -的幂级数,并写出可展区间.解:1111111(1)112111212x x x x x x =-=--++-+-+-+ 01(1)(1),1111n nn x x x ∞==---<+-∑,0111(1)(),112212n n n x x x ∞=--=-<-+∑故110121()(1)(1),02(1)2n n nn n f x x x x x +∞+=-==--<<+∑. ②求22x x e -到含5x 项的泰勒展开式.③展开1()1nn x f x x ∞=⎛⎫= ⎪-⎝⎭∑为x 的幂级数.5.求微分方程2ln y y x x x'-=满足初始条件11x y ==的特解. 解:通解22()d ()d ()d ()d (()d )(ln d )x x P x xP x xx x y eQ x e x C e x xe x C ----⎰⎰⎰⎰=+=+⎰⎰22ln ()2x x C =+,又由11x y ==,得1C =,故特解2*2ln (1)2x y x =+.类题:①求微分方程22(12)x y x y x '+-=满足初始条件10x y ==的特解.解:原方程2121xy y x-'⇔+=, 故通解221212d d ()d ()d (()d )(1d )x x xxP x xP x xxx y e Q x e x C eex C ----⎰⎰⎰⎰=+=⋅+⎰⎰11111222221(d )()xx x x x x e e x C x e e C x Cx e x--=+=+=+⎰,又10x y ==得1C e-=-,故特解2211ln ln *1(d )x x x xy eex e +---=-⎰②设函数()x ϕ连续,且满足0()()d ()d xx x x e t t t x t t ϕϕϕ=+-⎰⎰,求()x ϕ.6.求微分方程3232x y y y e '''--=的通解.解:由于特征方程2230rr --=的根为121,3r r =-=,故对应的齐次方程的通解为312x x C e C e -+,23*33332111(D 2D 3)2222D 2D 32D 22322x x x xx x y e y e x e x e e --=⇒====---⨯- 故微分方程的通解33122x xx x y C e C e e -=++.类题:①求微分方程2x y y y xe '''++=的通解.解:由于特征方程2210rr ++=的根为1,21r =-,故对应的齐次方程的通解为12()x C C x e -+,2*22212D 21(D 2D 1)()()D 2D 1D 2D 1D 2D 1x xx y xe y xe x e +++=⇒==-++++++ 22D 1144D 2D 144x x x x x x e e e e +=-=-++22D 1144D 2D 144x x x x x x e e e e +=-=-++ 故微分方程的通解121()44xx x x y C C x e e e -=++-.②求微分方程cos 2y y x x ''+=的通解. 解:*222212D 12D 14(cos2)()cos2()(cos2)cos2sin 2339D 1D 1D 1D 1x y x x x x x x x x ==-=--=-+++++.又由210r +=解得1,2i r =±,故故微分方程的通解124cos sin cos 2sin 239x y C x C x x x =+-+.7.计算曲线积分2(3)d ()d 2L x xy x y y ++-⎰,其中L 是圆221x y +=上从(0,1)A 到点(1,0)B 的一段.解:画图,由于P Q y x∂∂=∂∂,故补23:0,:0L y L x==与L形成封闭曲线绕逆时针方向用格林公式得232100117(3)d()d3d()d3222L L Lxxy x y y x y y--++-=+=+-=+=⎰⎰⎰⎰⎰类题:①计算曲线积分32(2)d()dLI xy x x x x y y=-++-⎰,其中L是圆221x y+=上从点(1,0)A沿上半圆周到点(1,0)B-的一段.解:画图,补直线:0l y=与曲线L构成封闭曲线绕逆时针方向用格林公式得32(2)d()d(212)d2L lDxy x x x x y y x xπσ+-++-=+-=⎰⎰⎰故1323231(2)d()d(2)d()d d222 L lxy x x x x y y xy x x x x y y x xπππ--++-=--++-=-=⎰⎰⎰②计算()d d dCI y z x z y y z=+++⎰,其中C是上半球面2222(0)x y z R z++=≥与圆柱面22(0)x y Rx R+=>的交线从z轴正向看去按逆时针方向.8.计算22d d d d d dI xz y z yz z x z x y∑=+-⎰⎰,其中∑是由曲面22z x y=+与222z x y=--所围立体的表面外侧.解:用高斯公式得(画图)22d d d d d d (22)d d I xz y z yz z x z x y z z z v z v ΩΩ∑=+-=+-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ 22240d d cos sin d 2r r r πππθϕϕϕ==⎰⎰⎰类题:计算22d d d d d d I xz y z yz z x z x y ∑=+-⎰⎰,其中∑是由曲面22z x y =+与224zx y =--所围立体的表面外侧.9.求12121(1)n nn n x n∞-=+-∑的收敛域及和函数.10.求积分()d d d Dx y z x y z ++⎰⎰⎰的值,其中D 是由平面1x y z ++=,以及三个坐标平面所围成的区域.四、证明题1.已知曲线L 为22(1)(1)4x y -+-=,方向为逆时针方向,证明:曲线积分22d d 2L x y y xx y π-=+⎰.解:(画图)容易验证除了(0,0)点外.22222()Q P y x x x x y ∂∂-==∂∂+,故补一个圆222:l xy ε+=按顺时针方向,其中ε为足够小的正数使此圆包含在L 所围区域内,用格林公式得222d d 1d d 2L l x y y x x y y x x y πε--=-=+⎰⎰类题:求曲线积分22(4)d ()d 4Cx y y x y xIx y-+-=+⎰之值,其中C 为单位圆的正向. 2.证明:211d ()()d ()()d 1bxb n n aaa x x y f y yb y f y y n ---=--⎰⎰⎰.解:(画图)2211d ()()d d ()()d ()()d 1b xb bbn n n aaayax x y f y y y x y f y x b y f y y n ----=-=--⎰⎰⎰⎰⎰。