2023年全國大學生非數學專業競賽試題及解答

2022-05-14 17:27:11 字數 2012 閱讀 4723

一、計算題

(1) 求極限

解法1 直接化為黎曼和的形式有困難.

注意到,

,由於 ,所以.

解法2 利用,得,,

由於,,

所以.(2)計算,

其中為下半球的上側,.

解法一. 先以代入被積函式,

,補一塊有向平面,其法向量與軸正向相反,

利用高斯公式,從而得到

,其中為圍成的空間區域,為上的平面區域,

於是.解法二. 直接分塊積分

,其中為平面上的半圓,.

利用極座標,得

, ,

其中為平面上的圓域,,

用極座標,得

,因此.(3)現要設計乙個容積為的圓柱體的容積,已知上下兩低的材料費為單位面積元,而側面的材料費為單位面積元.試給出最節省的設計方案:

即高與上下底面的直徑之比為何值時,所需費用最少?

解:設圓柱體的高為,底面直徑為,費用為,

根據題意,可知, ,

當且僅當時,等號成立,

,故當時,所需要的費用最少.

(4)已知在內滿足求.

解: 所以,.

二、 求下列極限.

(1);

(2),其中,,.

解:(1)

(2) ,故.

一般地,有,其中,,

.3.設在點附近有定義,且在點可導,,,

求.解:

.四、 設在上連續,無窮積分收斂,求.

解:設,由條件知,,

,利用分部積分,得,,

,於是5.設函式在上連續,在內可微,且,.

證明:(1)存在,使得;

(2)對於每一,存在,使得.

證明:(1)令,

由題設條件,可知,

;利用連續函式的介值定理,得

存在,使得,即.

(2)令,

由題設條件和(1)中的結果,可知,

,;利用羅爾中值定理,得

存在,使得,

由,即得.

六、 試證:對每乙個整數,成立

.分析:這是乙個估計泰勒展開餘項的問題,其技巧在於利用泰勒展開的積分餘項.

證明:顯然時,不等式成立;

下設.由於,

這樣問題等價於證明,即

,令上式化為

,從而等價於,

只要證明,

設,則只要證明

,,就有,

,則問題得證.

以下證明,,成立

上式等價於,

即,令,

則,並且對,有

,從而當時,,

這樣問題得證.

注:利用這一結論,我們可以證明如下結論.

六、設為整數,,證明方程,在上至少有乙個根.

六、 證明:存在,使得.

證明:令,

則有, ,

由連續函式的介值定理,得

存在,使得,

故問題得證.

這裡是由於,,

在上嚴格單調遞減,

所以,當時,有.

七、 是否存在上的可微函式,使得,若存在,請給出乙個例子;若不存在,請給出證明。

證明如果這樣的函式存在,

我們來求的不動點,即滿足的,,,

由此得,這表明有唯一的不動點,易知也僅有唯一的不動點,,在等式,兩邊對求導,得

,讓,即得,這是不可能的,故這樣的函式不存在。

八、設函式在上一致連續,且對任何,有,

證明:。

試舉例說明,僅有在上的連續性推不出上述結論。

證明由在上一致連續,對,,

當且時,

便有;取定充分大的正整數,使得。現把區間等分,設其分點為,每個小區間的長度小於。

對於任意,;

從而必有,使得;

由條件對每個,有;

於是存在,當時,,對都成立;

故當時,便有

,即得,結論得證。

設在上的連續,且對任何,有,

但推不出上述結論。

例如函式

滿足在上的連續,且對任何,有,

但不成立。

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