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文档简介
千里之行,始于足下。第2页/共2页精品文档推荐13数学分析期末复习题0113数学分析(三)复习范围
一、计算题(每小题10分,共70分)1.全微分计算题
2.求隐函数(组)的一阶偏导数
3.求抽象函数的二阶偏导数
4.求曲线的切线与法平面方程或求曲面的切平面与法线方程
5.求函数的极值
6.计算第一型曲面积分
7.计算第二型曲面积分
8.计算第二型曲线积分(格林公式)9.二重积分的计算
10.高斯公式与斯托克斯公式11.求多元函数的方向导数12.曲线积分与路径无关咨询题
13.将三次积分用柱坐标与球坐标表示
14.应用--求曲面面积(二重积分)或质量咨询题(第一型曲线积分)
15.利用余元公式B(p,1-p)=ππ
psin,计算?+∞+01nxdx类积分值
二、解答与证明题(第小题10分,共30分)
1.用定义证明多元函数的极限
2.证明多元函数的延续性
3.研究含参量积分的一致收敛性
4.证明含参量非正常积分的延续性
5.三重积分的证明题
6.有关多维空间的聚点或开闭集咨询题
7.证明二重极限别存在
8.多元函数的可微性证明
例题
一、计算题
1.全微分计算题
公式:du=ux??dx+uy??dy+u
z
??dz。
例1:求函数u=22
22
zxxy-+的全微分;
例2:已知函数z=z(x,y)是由方程x2+y2+z2-3x=0所确定的函数,求z(x,y)的全微分。2.求隐函数(组)的偏导数
例3:设z
yez
x+=,求yxz???2。
例4:设2x+y+3z=0,x+y+z=e-(x+y+z),求dx
dy,dxdz
。3.求抽象函数的二阶偏导数
例5:设u=f(ax+by,by+cz,cz+ax),求zxu???2,22u
y
??其中f具有二阶延续的偏导数;
例6:设u=f(x2-y2,xy
e
),求y
xu
???2,其中f具有二阶延续偏导数。
4.求曲线的切线与法平面方程或曲面的切平面与法线
例7:求曲线:x2+y2+z2=6,x+y+z=0在点(1,-2,1)处的法平面方程。
例8:求曲线??
???=-+-=-++045320
3222zyxxzyx在点(1,1,1)处的切线方程和法平面方程。
例9:求曲面x2+2y2+3z2=21的平行于平面x+4y+6z=0的各切平面。5.求函数的极值或条件极值
例10:求f(x,y)=e2x(x+2y+2y2)的极值。
例11:求抛物线y=x2和直线x-y-2=0之间的最短距离。
6.计算第一型曲面积分
例12:计算??++S
dSzxyzxy)(,其中S为锥面22yxz+=被曲面x2+y2=2ax所截得的部分。
例13:计算:xyzdS∑
??,∑是平面x+y+z=1在第一卦限中的部分。
7.计算第二型曲面积分
例14:求I=??-++S
dxdyyzxdydzxyz)()2(22,其中S是圆柱面x2+y2=1被平面y+z=1和z=0所截出部分的外侧。
例15:计算??∑
+-yzdxdydzdxyxzdydz24,其中∑是平面x=0,y=0,z=0,x=1,y=1,z=1所围成的立方体的全表
面的外侧。
8.计算第二型曲线积分(格林公式)
例16:计算曲线积分[][]
?
-'+-AmB
xx
dymeydxmye
y)()(??,其中?(y)和?/(y)为延续函数,AmB为连接点A(x1,y1)
和点B(x2,y2)的任何路径,但与线段AB围成的区域AmBA的面积为已知常数S。
例17:求曲线积分?C
xxdyyyedxye)sin()cos1(,其中C为00的一致收敛性。
例38:研究:1
cosx
dxx
α
+∞
?
在α∈[21,1]内一致收敛性。4.证明含参量非正常积分的延续性例39:证明:F(α)=2
arctan1()xdx
xα+∞
++?在(-∞,+∞)内延续。
例40:证明:F(x)=0
2x
ydy
y+∞
+?在(2,+∞)内延续。5.三重积分的证明题
例41:设一元函数f(t)在(0,+∞)内具有一阶延续导数,令{}
2222
(,,)txyzxyztΩ=++≤,
F(t)=()222t
fxyzdxdydzΩ++???。
(1)证明F(t)在(0,+∞)内具有二阶延续导数;(2)求出F/(t)的表达式。
例42:设函数f(u)具有延续的导数,且f(0)=0,试求???
Ω
→++dvzyxft
t)(1
lim
2224
π,其中Ω:x2+y2+z2≤t2。
6.有关多维空间的聚点或开闭集咨询题
例43:设f(x,y)是定义在R2上的延续函数,求证:对任意实数c,集合E={(x,y)|f(x,y)>c}是开集,F={(x,y)|f(x,y)≥c}是闭集。
例44:证明:当且仅当存在各点互异的点列{Pn}?E,Pn≠P0,+∞
→nlimPn=P0时,P0是E的聚点。
7.证明二重极限别存在例45:证明:20
0)(lim
yxxyxy
yx-+→→别存在。
例46:讨论极限2
420
0limyxy
xyx+→→的存在性。
8.多元函数的可微性证明
例47:设f(x,y)=?????=+≠++0
,00,2
2222
22yxyxyxy
x,证明f(x,y)在原点延续,存在偏导数但在原点别可微。
例48:设f(x,y)=?
??
??=≠+)
0,0(),(0)0,0(),(223
yxyxyxx。证明f(x,y)在(0,0)别可微。
9.曲线积分的证明题
例49:证明:若C为平面上的封闭曲线,则cos(,)C
C
nydsdx=-??,n
为C的外法线向量。
例50:求积分值I=?+L
dsynyxnx)],cos(),cos([,其中L为包围有界区域D的闭曲线,n
为L的外法线方向。
例题选说
一、计算题
1.全微分计算题
例1:求函数u=22
22
zxxy-+的全微分;
解:du=()
()
222
2
22xzyx
y
+-
+dx()
()
222
2
22yzxx
y
--
+dy+
2
2
2z
xy+dz。例2:已知函数z=z(x,y)是由方程x2+y2+z2-3x=0所确定的函数,求z(x,y)的全微分。
解:dz=z
x??dx+zy??dy=322xz-dx-zydy。
2.求隐函数(组)的偏导数
例3:设z
yez
x+=,求yxz???2。
解:令F=zz
ye
+-x=0,则)1(+=??zxzxz,yxz???2=3
)1(+-zxz
。
例4:设2x+y+3z=0,x+y+z=e-(x+y+z),求dx
dy,dxdz
。解:
dxdy=-21,dx
dz
=-21。3.求抽象函数的二阶偏导数
例5:设u=f(ax+by,by+cz,cz+ax),求zxu???2,22u
y
??其中f具有二阶延续的偏导数;
解:ux
??=a(f1/+f3/),zxu???2=ac(f12//+f13//+f23//+f33//)。uy??=b(f1/+f2/),22uy??=b2(f11//+2f12//+f22//
)。
例6:设u=f(x2-y2,xy
e
),求y
xu
???2,其中f具有二阶延续偏导数。
解:x
u??=2xf1/+yxy
ef2/,yxu???2=2x(-2yf11//+xxyef12//)+(1+xy)xyef2/+yxye(-2yf21//+xxyef22//)
=-4xyf11//+2(x2-y2)xyef12//+xyxye2f22//+(1+xy)xyef2/。
4.求曲线的切线与法平面方程或曲面的切平面与法线方程
例7:求曲线:x2+y2+z2=6,x+y+z=0在点(1,-2,1)处的法平面方程。
解:令F(x,y,z)=x2+y2+z2-6=0,G(x,y,z)=x+y+z=0,则
61122)
,(),()
1,2,1()
1,2,1(-==
??--z
yzyGF,
01122)
,(),()1,2,1()
1,2,1(==
??--xzxzGF,
61122)
,()
,()
1,2,1()
1,2,1(==
??--y
xyxGF,
∴(z-1)-(x-1)=0,即x-z=0为所求。
例8:求曲线??
???=-+-=-++045320
3222zyxxzyx在点(1,1,1)处的切线方程和法平面方程。
解:
1
1
91161--=
-=-zyx,16x+9y-z-24=0。例9:求曲面x2+2y2+3z2=21的平行于平面x+4y+6z=0的各切平面。
解:设F(x,y,z)=x2+2y2+3z2-21=0,则(Fx,Fy,Fz)=(2x,4y,6z),取其法向量n
=(x,2y,3z),由于切平面与平面
x+4y+6z=0平行,∴tzyx===63421,得??
???===t
ztyt
x22,将其代入曲面方程得:t2+8t2+12t2
=21,?t=±1,
∴曲面x2+2y2+3z2
=21在点(1,2,2)和点(-1,-2,-2)处的切平面分不为:
(x-1)+4(y-2)+6(z-2)=0,(x+1)+4(y+2)+6(z+2)=0,即x+4y+6z-21=0,x+4y+6z+21=0。5.求函数的极值或条件极值
例10:求f(x,y)=e2x(x+2y+2y2)的极值。解:f(0,-21)=-2
1
为极小值。例11:求抛物线y=x2和直线x-y-2=0之间的最短距离。
解:作拉格朗日函数L(x,y,λ)=21(x-y-2)2+λ(y-x2
),解方程组?????=-=+=00)2(0222
xyyxxyxλλ得:???
????==4121yx,
∴d=
2
24
1
21--=
8
2
7。6.计算第一型曲面积分
例12:计算??++S
dSzxyzxy)(,其中S为锥面22yxz+=被曲面x2+y2=2ax所截得的部分。
解:设S在xOy平面上的投影区域为Dxy,则Dxy为平面上由圆axyx222=+所围成的区域。22
1yxzz++=2,
因此
??++S
dSzxyzxy)(=2
??
+++xy
Ddxdyyxyxxy])([2
2
θθθθθθπ
πda
)coscossincos
(sin245422
5
4
++=?-。
sinθcos5θ+sinθcos4θ为奇函数,而cos5θ为偶函数,
∴?-=+22
450)cossincos(sinπ
πθθθθθd,
?
?-=
-=22
20
225
15
16sin)sin1(2cosπππ
θθθθdd.于是??++S
dSzxyzxy)(=
4215
64
a。例13:计算:xyzdS∑
??,∑是平面x+y+z=1在第一卦限中的部分。
解:∑的投影是D:0≤x≤1,0≤y≤1-x,原式(1)D
xyxydxdy--??7.计算第二型曲面积分
例14:求I=??-++S
dxdyyzxdydzxyz)()2(22,其中S是圆柱面x2+y2=1被平面y+z=1和z=0所截出部分的外侧。
解:曲面S别封闭,补上平面S1:y+z=1,和平面S2:z=0,使S+S1+S2成闭曲面,围成的空间区域记为Ω。再用高斯公式。求得I=-
4
π
。
例15:计算??∑
+-yzdxdydzdxyxzdydz24,其中∑是平面x=0,y=0,z=0,x=1,y=1,z=1所围成的立方体的全表
面的外侧。
解:由高斯公式可得:原式=
2
3。8.计算第二型曲线积分(格林公式)
例16:计算曲线积分[][]
?
-'+-AmB
xx
dymeydxmye
y)()(??,其中?(y)和?/(y)为延续函数,AmB为连接点A(x1,y1)
和点B(x2,y2)的任何路径,但与线段AB围成的区域AmBA的面积为已知常数S。
解:原式=mS+2xe?(y2)-1xe?(y1)-m(y2-y1)-2
m
(x2-x1)(y2+y1)。例17:求曲线积分?C
xxdyyyedxye)sin()cos1(,其中C为00,
∴a=λ,b=-λ,c=0,代入椭球面方程得:4λ2
=1,?λ=
21,∴点(21,-21,0)为所求,且函数f在点(21,-2
1,0)沿着点A(1,1,1)到点B(2,0,1)方向的方向导数具有最大值|gradf(21,-2
1
,0)|=2。12.曲线积分与路径无关咨询题
例24:确定λ的值,使曲线积分I=?-++-l
dyyyxdxxyx)56()4(4214λλ与路径无关,并计算自点A(1,2)到点B(0,0)
的I值。
解:由
1224)1(6--=??=-=??λλλλxyy
P
yxxQ,?6(λ-1)=4λ,λ-2=1,λ-1=2。解得:λ=3。即当λ=3时,原曲线积分与路径无关。于是
I=??-++024014)5()32(dyydxxx=-51-16+5?51?32=16-5
1
=1554。例25:定常数a,使得任何别通过y=0的区域上曲线积分?
+-+C
aa
dyyxy
xdxyxyx)()(222222与路径无关,并求?
+-+=)
,()
1,1(222222)()(),(yxaa
dyyxy
xdxyxyxyxu。解:欲使曲线积分与路径无关,必须……,解得a=-2
1
,于是?
+-
+=)
,()
1,1(2
22
2
2
2
),(yxdyy
xy
xdxy
xyxyxu=212
21
1
2
22
22
-+=
+-
+?
?y
yxdyy
xy
xdxx
xx
y
13.将三次积分用柱坐标与球坐标表示例26:将三次积分I=?
?
?+++)
(30
2221
0222
2
)(yxyyy
ydzzyxfdxdy分不表示为柱坐标及球坐标的形式。
解:如图所示,作柱坐标变换???
??===zzryrxθθ
sincos,得I=???+r
dzzrfrdr
d30
22sin0
0)(θπθ;
作球坐标变换??
?
??===?θ?θ
?cossinsincossinrzryrx,得I=?
???θππ
π??θ
sinsin0
226
)(sindrrrfdd。
例27:设Ω是由x2
+y2
=2z,z=1,z=2所围成的介于z=1及z=2之间的闭区域,f是Ω上延续。利用柱面坐标将
三重积分I=???Ω
dxdydzzyxf),,(化为三次积分。
解:I=??
???
?+?????2
1
2022
22
20
),sin,cos(),sin,cos(2dzzrrfrdrdzzrrfrdrdrθθθθθπ
14.应用(求质量,第一型曲线积分
)
例28:有一铁丝成半圆形x=acost,y=asint,0≤t≤π,其上每一点密度等于该点的纵坐标,求铁丝的质量。解:密度ρ(x,y)=y,∴M=20
20
222sinsinatdtadtyxtaydsttC
==+?=???π
π。
例29:?L
zds,其中L为圆锥螺线x=tcost,y=tsint,z=t,t∈[0,t0];
解:?L
zds=?+++-0
2
21)cos(sin)sin(costdtttttttt=?
+0
2
2tdttt=3
1[23
2
0)2(+t-22]。
例30:求球面x2+y2+z2=a2为平面z=
4a,z=2
a
所夹部分的曲面面积S。解:z=222yxa--,曲面在xy平面投影为D:43a2≤x2+y2≤16
15a2
。S=?
???
??-=--=++aaD
D
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