二、计算题
1.设
(1)求a的值使f(x)处处连续;(2)再求b的值使f(x)处处可导。
解:当时,显然连续.
当时
若连续,则.
当时,显然可导.
当时
故时,处处可导.
2.设函数y=y(x)由方程组确定,求
解:将两式分别求微分得
3.设f(x)具有二阶连续导数,f(a)=0,求g′(x),并证明g(x)的一阶导数在x=a点处连续。
解:当时,
当时
故在处连续.
4.
解:首先证明一般性结论:若是定义在R上的一个连续的周期函数,周期为p,则
事实上,对于任意,存在n及使得,因此由周期函数的积分性质,有
由于是周期为的连续函数,故可以直接利用上述结论,得
5.
解:方程组中的,需要用到隐函数求导法,方程两边均对求导,得
,即.
故
又时,,故.
6.
解:时,
时,
时,要用导数的定义求导
则
综上所述,有
7.
解:由连续可知,使当时,.于是,
即
8.
解:采用莱布尼茨公式较为简单:
由,得
9.
解:由两边取对数得
两边对求导得
则 ①
即
将①两边对求导得
则
10.研究方程xlnx+A=0实根的个数.
解:构造函数,则有
令解得.
而
故
故当时,由于的最小值,则方程在内无实根,在内有一个实根.
当时,最小值,则方程在和内各有一实根.
当时,方程只有一个实根.
当时,的最小值,则方程无实根.
11.设f(x)=x3-3x+b,就常数b的不同情况,确定函数f(x)的零点个数。
【解】本题根据f(x)的单调区间、极值点和无穷处f(x)的大小来确定函数f(x)的零点个数。
可知f(x)在(-∞,-1]单调上升,在[-1,1]单调下降,在 [1,+∞)单调下降。
x=±1为极值点,此处的函数值为
当常数b有不同的取值范围时,可列表如下
总结:当|b|>2时f(x)有唯一的零点,|b|=2时f(x)有2个零点,|b|<2时f(x)有3个零点。
12.
设f(x)在[a, +∞)上连续,在(a,+∞)内二次可导,且存在b∈(a,+∞)使得f(a)=f(b)
求证:至少存在一点ξ∈(a,+∞),使得f″(ξ)>0.
【证明】由题中条件可知f(x)在区间[a,b]上满足罗尔定理全部条件,因此存在α∈ (a,b),使f'(α)=0。
由与极限的不等式性质知存在β>b,使得f(β)> f(b).
函数f( x )在区间[ b,β]上满足拉格朗日中值定理全部条件,存在y∈(b,β),使得
由题中条件可知f'(x)在区间[α,γ]上满足拉格朗日中值定理全部条件,因此存在ξ∈(α,γ)即至少存在一点ξ∈(a,+∞),使得f'(y)-f'(a)= f″(ξ)(y-a),即
13.(Ⅰ)求证:对任何0<|x|≤1,存在θ(x)∈(0,1),使得
(Ⅱ)求极限
解:(1)对任何0<|x|≤1,应用拉格朗日中值定理有
(*)
其中ξ∈(0,x),则0<ξ/x<1,令θ(x)=ξ/x,则θ(x)∈(0,1),ξ=xθ(x),(*)式可改写为
(2)由(1)可知
根据θ(x)∈(0,1),知
14.确定方程1+lnx=kx的根的个数,其中常数k可取任何实数
解:引入函数F(x)=1+lnx-kx,对任何实数k,函数F(x)在区间(0,+∞)可导,。
当k≤0时,在区间(0,+∞)内F′(x)>0,函数F(x)在区间(0,+∞)内单调增加,又因
则当k≤0时,函数F(x)在区间(0,+∞)内只有一个零点,即方程1+lnx=kx只有一个根。当k=0时,解得x=1/e。
当k>0时,
从而函数F(x)在区间(0,1/k)内单调增加,在区间(1/k,+∞)内单调减少,在点x=1/k处取得最大值
当k>1时,-lnk<0,方程1+lnx=kx无根;k=1时,-lnk=0,这时方程1+lnx=kx只有一个根x=1;当0<k<1时,-lnk>0, 这时方程1+lnx=kx有2个根x1,x2,且x1∈(0,1/k),x2∈(1/k,+∞)。
15、已知函数,求。
解:
。
16、求函数的极值。
解:
,,
令,解得或者。
而,,所以是函数的极小值点,是函数的极大值点。
17.求函数的单调增减区间和极值。
解:,,
。
令,得函数的驻点为:。
且当时,,f(x)单调递减,
当时,,f(x)单调递增,
当时,,f(x)单调递减,
当时,,f(x)单增。
所以,函数的单调减区间为:,;单调增区间为:,。
并且,是函数的极大值点,和是函数的极小值点。
18.已知某产品的需求函数为,成本函数为,求产量为多少时利润最大。
解:设利润函数为f(Q),则
,
,,令,解得Q=20。
又因为,所以Q=20是函数的极大值点,因为只有一个驻点,所以Q=20是函数的最大值点。所以产量为20时利润最大。