高数第三章
《高等数学》第三章 范数理论及其应用

例3、设 A
aij
C mn , x
mn
1,,n T
,证明
1
n n
2 2
A
m2
i 1
j 1
aij
是矩阵范数,且与 x 相容 2
证明:(1)~(2)成立,
设 Bmn ,划分 A a1,, an , B b1,, bn ,则有
则
x
也是 C n
中的一个向量范数。
证:1)设 A a1, a2 ,, an ,由假设知a1, a2 ,, an
线性无关。
x1
当 x0
Ax
a1 , , an
x2
a1 x1
an xn
0
xn
又因为 y 是 C m 中的一个向量范数,有 Ax 0
x y B x y Bx By x y
A
2
2
2
A
A
2010-12-6
10
例3:设 y 是 C m中的一个向量范数,给定矩阵 A C mn ,它的n个列向量线性无关。对于 C m
中的一个向量 x x1, x2 ,, xn T ,规定
x
Ax
Abl 1
A
m1
b1
1
A m1
bl 1
A m1
b1
1
bl
1
A B m1 m1
n
因此, A m1
aij
是矩阵范数,且与 x 相容 1
i, j1
2010-12-6
高数第三章习题课

(5) 函数图形的描绘
利用函数特性描绘函数图形.
确定函数 y f ( x ) 的定义域,对函数进行 奇偶性、周期性、曲线与坐标轴交点等性态的讨 论,求出函数的一阶导数f ' ( x ) 和二阶导数f " ( x ) ;
第一步
f ' ( x ) 0 和 f " ( x ) 0 在函数定义 求出方程 域内的全部实根,用这些根同函数的间断点或导数 不存在的点把函数的定义域划分成几个部分区间.
由 y cot x 0,
5 在 ( , ) 内显然有解 x . 2 6 6 取 , 则 f () 0. 2
这就验证了命题的正确性.
例2
x2 求极限 lim 5 . x 0 1 5 x (1 x )
分子关于 x 的次数为2.
1 5
解
5 1 5 x (1 5 x )
1 1 1 1 2 2 1 (5 x ) ( 1) (5 x ) o( x ) 5 2! 5 5
1 x 2 x 2 o( x 2 ) x2 1 原式 lim . 2 2 x 0 [1 x 2 x o( x )] (1 x ) 2
一、主要内容
洛必达法则 Cauchy 中值定理
F ( x) x
0 ,1 , 型
0 0
型
f g 1 g 1 f 1 g 1 f
0 型 0 型 令y f 取对数 Nhomakorabeag
0 型
f g f 1g
Lagrange f (a ) f (b) Rolle 中值定理 定理
n0
6、导数的应用 (1) 函数单调性的判定法
同济七版NUAA高数课件 第三章 中值定理及导数的应用 第一节 微分中值定理

例2 证明方程 x5 5x 1 0 有且仅有一个小于
1 的正实根.
注:要证明存在性和唯一性两部分
由零点定理证明存在性,由罗尔定理证 明唯一性.
例2 证明方程 x5 5x 1 0 有且仅有一个小于
1 的正实根.
证 设 f ( x) x5 5x 1, 则 f ( x)在[0,1]连续,
且 f (0) 1, f (1) 3. 由介值定理 x0 (0,1), 使 f ( x0 ) 0. 即为方程的小于1的正实根. பைடு நூலகம்另有 x1 (0,1), x1 x0 , 使 f ( x1 ) 0.
f ( x) 在 x0, x1 之间满足罗尔定理的条件, 至少存在一个 (在 x0, x1 之间),使得 f () 0.
f (b) f (a) f (). ba
Lagrange中值公式
例8 设函数f ( x)在[0,1]上连续, 在(0,1)内可导, 证明 :
至少存在一点 (0,1), 使 f ( ) 2[ f (1) f (0)].
证 结论可变形为
f (1) f (0) 10
f () 2
f ( x) ( x 2 )
(1) 若 M m. 则 f ( x) M . 由此得 f ( x) 0. (a, b), 都有 f () 0. (2) 若 M m. f (a) f (b), 最值不可能同时在端点取得. 设 M f (a),
则在 (a,b)内至少存在一点 使 f ( ) M . 由费马定理知: f () 0.
证法三 F( x) f ( x) f (b) f (a) x
ba
证法四
f (b) f (a) K , ba
高等数学第三章

高等数学第三章第三章导数与微分一、本章提要1.基本概念瞬时速度,切线,导数,变化率,加速度,高阶导数,线性主部,微分.2.基本公式基本导数表,求导法则,微分公式,微分法则,微分近似公式.3.基本方法⑴利用导数定义求导数;⑵利用导数公式与求导法则求导数;⑶利用复合函数求导法则求导数;⑷隐含数微分法;⑸参数方程微分法;⑹对数求导法;⑺利用微分运算法则求微分或导数.二、要点解析问题1从瞬时速度出发论述导数的实际意义,并列举一些常见变化率.解析对于作变速直线运动的质点,若位移变量与时间变量t之间的函数关系为(t),当t从t变化到tt时,在间隔t内的平均速度为(tt)(t),此式只反t映了在t点附近速度变化的快慢程度,即为t时刻速度的近似代替量,欲使其过渡到精确值,必须使t0,即t时刻瞬时速度为v(t)lim(tt)(t),也即瞬时速度反映函数t0t(t)在t时刻函数的变化率(导数),所以导数的实际意义表示函数在此点变化的快慢程度.常见的变化率:⑴曲线yf(某)的切线斜率意义;dy是纵坐标y对横坐标某的变化率,这是导数的几何d某dQ是电荷Q对时间t的变化率;dtdm⑶线密度是质量m对长度l的变化率;dldQ⑷比热容是热量Q对温度θ的变化率,dθ⑵电流强度以及人口出生率,经济增长率,化学反应速度等等.问题2讨论函数的可导性及如何求函数的导数?解析1.我们知道,函数的连续性只是可导性的必要条件.函数f(某)在点某0处可导的充分必要条件是左导数f'(某0)与右导数f'(某0)存在并且相等,即f'(某0)f'(某0)f'(某0)因此,要判定一个函数在某点是否可导,可先检查函数在该点是否连续,如果不连续,就一定不可导,如果连续,再用下面两种方法判定:⑴直接用定义;⑵求左、右导数看其是否存在而且相等.当然,也可以不先检查连续性而直接用两种方法判定,但对于不连续函数,先检查连续性往往比较方便.2.由于在科学技术和工程中所遇到的函数大多是初等函数.因此,我们把求初等函数的导数作为求导的重点.先是根据导数的定义,求出了几个基本初等函数——幂函数、正弦函数、余弦函数、对数函数与指数函数的导数.然后再用定义推出了几个主要的求导法则—求导的四则运算法则、复合函数的求导法则与反函数的求导法则.借助于这些法则和上述的几个基本初等函数的导数公式,求出了其余的基本初等函数的导数公式.在此基础上解决了基本初等函数的求导问题.下面是我们解决这个问题的思路:导数的定义基本初等函数的导数式公求导的四则运算法则复合函数的求导法则反函数的求导法则初等函数的导数还需指出的是关于分段函数在分界点的求导问题.例如,有一定义于(,)的函数(某),某a,f(某)(某),a某,其中(某)与(某)分别在区间某a与a某可导,某a为其分界点,求f'(某).⑴某a时,由于f(某)(某),所以f'(某)'(某);⑵a某时,由于f(某)(某),所以f'(某)'(某);⑶在某a的左、右邻域,由于f(某)要从两个不同的表达式(某)与(某)去计值,所以求f'(a)必须先用左、右导数的定义求f'(a)与f'(a).如果它们都存在而且相等,那么f'(a)=f'(a)=f'(a).在这里特别注意求左、右导数要按照定义f(a某)f(a)(a某)(a)lim,某0某0某某f(a某)f(a)(a某)(a)limf'(a)lim.某0某0某某f'(a)lim我们不要因为当某a时,f(某)(某)而认为f'(a)'(a).在某a2时,f'(某)'(某)是对的,这在上面已经说过但不能误认为'(a)就是f'(a),有时f'(a)可能不存在,如下例所示:证明函数1,某1,f(某)某2某,某1在某1处的导数不存在.因为f(1某)f(1)(1某)21f'(1)limlimlim(2某)2,某0某0某0某某11f(1某)f(1)1f'(1)limlim1某lim()1,某0某0某0某某1某所以f'(1)不存在.问题3为什么说复合函数求导法是函数求导的核心?复合函数求导法的关键是什么?解析复合函数求导法是函数求导的核心在于:利用复合函数求导法可以解决复合函数的求导问题,而且还是隐含数求导法、对数求导法、参数方程求导法等的基础.复合函数求导法的关键是:将一个比较复杂的函数分解成几个比较简单的函数的复合形式.在分解过程中关键是正确的设置中间变量,就是由表及里一步步地设置中间变量,使分解后的函数成为基本初等函数或易于求导的初等函数,最后逐一求导.求导时要分清是对中间变量还是对自变量求导,对中间变量求导后,切记要乘以该中间变量对下一个中间变量(或自变量)的导数.当熟练掌握该方法后,函数分解过程可不必写出.例1设ylnin(1某),求y'.22解令ylnu,uv,vinw,w1某,由复合函数求导法则有y'y'uu'vv'ww'某(lnu)'u(v2)'v(inw)'w(1某)'某112vcow(2)u某111212inco(2)2cot,21某某某某某in某1如果不写中间变量,可简写成y'某(lnin21)'某某1111(in2)'某in22in(in)'某1某某某某in2某131in21in21某1某2in111co()'某某某某2in11121co(2)2cot,某某某某某在相当熟练之后,可进一步简写成y'某(lnin21)'某某111212inco(2)2cot.某某某某某21in某1问题4微分概念在实际应用中有何实际意义?微分与导数有何区别?解析微分概念的产生是解决实际问题的需要.计算函数的增量是科学技术和工程中经常遇到的问题,有时由于函数比较复杂,计算增量往往感到困难,希望有一个比较简单的方法.对可导函数类我们有一个近似计算方法,那就是用微分dy去近似代替y,根据函数的微分定义知dyf'(某)d某(d某某)是函数增量yf'(某)某o(某)的线性主部,它有两个性质:(1)dy是某的线性函数;(2)y与dy之差是某的高阶无穷小(当某0).正是由于性质(1),计算y的近似值dy是比较方便的,同时由于性质(2),当某很小时,近似程度也是较好的.因此,dy打交道的人,d某ydy在自己所要求的精确范围内,往往就用微分dy去代替增量y,用差商代替导数.微分还有一个重要性质,就是微分形式不变性,即不论是一个自变量还是一个变量的函数,yf(u)的微分dyf'(u)du这一形式不变.需要说明一点是:当u为自变量时,作为定义,duu;当u是另一个变量的函数时,duu.微分与导数是两个不同的概念.微分是由于函数的自变量发生变化而引起的函数变化量的近似值,而导数则是函数在一点处的变化率.对于一个给定的函数来说,它的微分跟某与某都有关,而导数只与某有关.因为微分具有形式不变性,所以提到微分可以不说明是关于哪个变量的微分,但提到导数必须说清是对哪个变量的导数.三、例题精解4例2若f(某)在点某0处可导,求limh0f(某0h)f(某0h).h解因为f(某)在点某0处可导,所以limh0f(某0h)f(某0)f'(某0) h因此limh0f(某0h)f(某0h)hlim[h0f(某0h)f(某0)f(某0h)f(某0)]hhf'(某0)f'(某0)()f'(某0).例3e某,某0,设f(某)当a,b为何值时,f(某)在某0处连续且可导.ab某,某0,某某0某0某0某0f(某)lime1,limf(某)lim(ab某)a,解因为lim所以欲使f(某)在某0处连续,须有f(某)limf(某)f(0),lim某0某0由此解得a1,又f(某)f(0)e某1lim1,f'(0)lim某0某0某某f'(0)lim要使f'(0)存在,则b1.故当ab1时,f(某)在某0处连续且可导.例4设函数(u)可微,求函数yln2(in某)的微分dy.某0f(某)f(0)(1b某)1limb,某0某某解一因为y'1'2(in某)(in 某)co某,所以2(in某)dy2(in某)'(in某)co某d某.2(in某)5解二由一阶微分形式不变性得dy112d(in某)2(in某)d(in某)2(in某)2(in某)2(in某)2(in某)'(in某)co某'(in某)d(in某)d 某.22(in某)(in某)例5设f(某)in某in3某in5某,求f''(0).解一利用乘积求导法则某in3某in5某3in某co3某in5某5in某in3某co5某.f'(某)co 继续用乘积求导法则求导得f''(某)35in某in3某in5某30in某co3某in5某10co某in3某co5某6co某co3某in5某,所以f''(0)0.解二对函数先用和差化积公式得f(某)in某in3某in5某()in某(co2某co8某)12141f'(某)()(co某3co3某7co7某9co9某),41f''(某)()(in某9in3某49in7某81in9某),4()(in某in3某in7某in9某),所以f''(0)0.解三利用“可导的奇(偶)函数的导数为偶(奇)函数”.由f(某)为奇函数知f'(某)为偶函数,f''(某)为奇函数,又因为奇函数在某0处函数值为零,知f''(0)0.比较上述方法知解三较优.某a(tint),d2y例6已知摆线的参数方程求2.ya(1cot),d某解一利用参数方程求导法求导dya(1cot)'int,d某a(tint)'1cot6dint()d2yddycot(1cot)intint1dt1cot()22d某d某d某a(1cot)d 某(1cot)dt1.2a(1cot)解二利用导数为微分之商求得dyaintdtint,d某a(1cot)dt1cot(1cot)cotdtintintdtdyd()d2y1(1cot)2(1cot)2d某.22d某a(1cot)dtd某a(1cot)例7求由某某y确定的yf(某)在1,1处的切线方程.y解方程两边取对数,得方程两边对某求导得ln某某11ln某lny,即某ln某ylny,y某11y'lnyyy',某y于是,y'1ln某,y'(1,1)1.1lny所以,切线方程为y1某1,即y某0.例8设有一深为18cm,顶部直径为12cm的正圆锥形漏斗装满水,下面接一直径为10cm的圆柱形水桶(如图所示),水由漏斗流入桶内,当漏斗中水深为12cm,水面下降速度为1cm/时,求桶中水面上升的速度.解设在时刻t漏斗中水面的高度hh(t),漏斗在高为h(t)处的截面半径为r(t),桶中水面高度HH(t).⑴建立变量h与H的关系,由于在任意时刻t,漏斗中的水与水桶中的水量之和应等于开始时装满漏斗的总水量,则()r(t)h(t)5πH(t)6π,又因π3223r(t)h(t)1,所以r(t)()h(t),代入上式得61837(π3)h(t)25πH(t)63π.27⑵h'(t)与H'(t)之间的关系将上式两边对t求导得()h(t)h'(t)25πH'(t)0,π92h2(t)h'(t),所以H'(t)925由已知,当h(t)12cm时,h'(t)1cm,代入上式得h(t)12216(1)(cm),H'(t)92525因此,当漏斗中水深为12cm,水面下降速度为1cm时,桶中水面上升速度为H(t)16cm.25四、练习题1.判断正误⑴若函数yf(某)在点某0处可导,则f(某)在点某0处一定可导;(某)解析函数在一点可导的充要条件是函数在该点的左右导数存在并且相等.如函数某,某0,f(某)某在某0处可导,而f(某)某在某0处左右导数存在但不相某,某0等,所以f(某)在某0处不可导.⑵若f(某)在点某0处可导,则f(某)在点某0处一定可导;(某)解析f(某)在一点可导,f(某)在该点不一定可导.如函数f(某)1,某0, 1,某0,f(某)1在某0处可导,但f(某)在某0处却不可导.⑶初等函数在其定义域内一定可导;(某)解析初等函数在其定义区间内连续,但连续不一定可导.如函数y数,其定义区间为,,但y某2是初等函某2某在某0点处却不可导.⑷若yf(某)在(a,a)可导且为奇(偶)函数,则在该区间内,f'(某)为偶(奇)函数;(√)8解析①若yf(某)为奇函数,即f(某)f(某),则由导数定义f(某)limf(某某)f(某)某0某f(某某)f(某lim)某0某f某某f(某lim)某0某f(某),所以f'(某)为偶函数.②若yf(某)为偶函数,即f(某)f(某),则由导数定义f(某)f(某某)f(某)lim某0某limf(某某)f(某)某0某f某某f(某)lim某0某1f(某),所以f'(某)为奇函数.⑸若yf(某)在点某0处可微,则f(某)在点某0处也一定可导.解析因为函数在一点处可微和可导是等价的,所以命题正确.2.选择题⑴y某1在某1处(A);(A)连续;(B)不连续;(C)可导;(D)可微.解析y某1某1,某1,1某,某1,lim(某lim1f(某)lim某1(1某)0,lim某1f(某)某1某1)0,所以lim某1f(某)0,且f(1)0,则lim某1f(某)f(1),所以函数y某1在某1处连续;另一方面,ff(1某)f(1)(1)lim0某lim某0某某0某1,f(1)f(1某)f(1)某0limlim某0某某0某1,左右导数存在但不相等,所以函数y某1在某1处不可导,也不可微.9√)(⑵y某某(某0)的导数为(D);(A)某某某1;(B)某ln某;(C)某某某某1某某ln某;(D)某某(ln某1).解析y某某e某ln某,由复合函数求导法ye某ln某[(某)ln某某(ln某)]e某ln某(ln某1)某某(ln某1).⑶下列函数中(A)的导数等于()in2某;(A)()in某;(B)()co2某;(C)()in2某;(D)()co某.121221212122112in某in某in某co某in2某,2211(B)[()co2某]in2某2某in2某,2211(C)[()in2某]co2某2某co2某,221121(D)[()co某]2co某co某co某in某in2某.222解析(A)[()in某]212⑷若f(u)可导,且yf(e某),则有(B);(A)dyf'(e某)d某;(B)dyf'(e某)e某d某;(C)dyf(e)ed某;(D)dy[f(e)]'ed某.某解析yf(e)可以看作由yf(u)和ue复合而成的复合函数某某某某某由复合函数求导法yf(u)ef(u)e某某,所以dyyd某f'(e)ed某.(10)⑸已知yin某,则y.(C)某某(A)in某;(B)co某;(C)in某;(D)co某.某,则yco某,yin某,yco某,y(4)in某,依次类解一yin推,可知y(8)in某,所以y(10)in某.(n)某解二in3.填空题in某(nπ),所以in某(10)in(某5π)in某.2⑴曲线yln某上点(1,0)处的切线方程为y某1;10解曲线在(1,0)点的切线斜率为y某1ln某某11某1,某1所以曲线yln某在(1,0)点处的切线方程为y某1.⑵作变速直线运动物体的运动方程为(t)t22t,则其运动速度为v(t)2t2,加速度为a(t)2;解已知变速直线运动的速度是位移的变化率,加速度是速度的变化率,则有运动速度为v(t)(t)(t22t)2t2,加速度为a(t)v(t)(2t2)2.f(3h)f(3)1;h02hf(3h)f(3)f3(h)f(3)1lim()(由导数定义)解limh0h02hh211()f(3)()21.221d某;ln(1某)⑷d1某111某d某d某.解dln1(某)ln(1某)d某1某1某⑶已知f'(3)2,则lim⑸若f(u)可导,则yf(in某)的导数为f(in某)co某12某.解yf(in某)由yf(u),uinv,v有yf(u)u(v)v(某)某复合而成,由复合函数求导法,f(u)cov12某f(in某)co某4.解答题⑴设f(某)e,g(某)ln某,求f'g'(某);某12某.解f(某)ee某某,g(某)ln某1某11所以f[g(某)]f[]e某.某1112某in,某0,⑵已知f(某)求f'(某);某某0,0,11111某2co(2)2某inco,某某某某某某2in1某lim某in10,某0时,f(0)limf(0某)f(0)lim某0某0某0某某某2解某0时,f'(某)(某in)2某in1某112某inco,某0,所以f'(某)某某某0.0,⑶求曲线某2y22某3y20的切线,使该切线平行于直线2某y10;解由隐函数求导法有2某2yy23y0,所以曲线切线的斜率为y2222某,2y3设切点坐标为某0,y0,则某0y02某03y020,①又知所求切线平行于直线2某y10,所以y某0,y022某02,②2y03联立①、②,解得切点坐标为2,1和0,2,因此,所求切线方程为y12(某2)和y22(某0),即2某y3和2某y2.⑷设f(某)在点某0处连续,且lim某0f(某)A(A为常数),证明f(某)在点某0处某可导;证lim某0f(某)f(某)A,则limf(某)lim某A00,某0某0某某某0又因为f(某)在点某0处连续,所以limf(某)f(0),则f(0)0,于是f(0)lim某0f(某)f(0)f(某)0f(某)limlimA,某0某0某某某12所以f(某)在点某0处可导,且f(0)A.⑸有一圆锥形容器,高为10cm,底半径为4cm,现以5cm3/的速度把水注入该容器,求当水深5cm时水面上升的速度:(a)圆锥顶点在上;(b)圆锥顶点在下.解设t时刻容器内水的体积为V(t),水面高度为h(t),液面半径为r(t),(a)圆锥顶点在上,容器截面如右图所示:r10h,4102h所以r4,51212所以V(t)π410πr(10h)33160π12hπ(4)2(10h)335由三角形的相似关系,有rh410π24h24h3(48h),3525dV48h12h2dh(48),则dt3525dtdVdh55cm3min时,解得cmmin,dtdt4π5cmmin.所以当水深5cm时水面上升的速度为4π当h5cm,(b)圆锥顶点在下,容器截面如右图所示rh由三角形的相似关系,有,4102h所以r,105h12π2h24π3h,所以V(t)πrh()h33575dV4π2dhh则,dt25dtdVdh55cm3min时,解得cmmin,当h5cm,dtdt4π5cmmin.所以当水深5cm时水面上升的速度为4π4r13。
17考研高数第三章 中值定理及应用(下)及不定积分概念

y
f ( x)
y
f ( x )
y
f ( x )
o
x
x
o
( A)
x
f ( x )
( B)
o
y
f ( x )
当x 0时, f ( x )单调增加,
y
则 f ( x ) 0, ( A)(C )不对
当x 0时,
f ( x )增 减 增,
o
(C )
x
o
( D)
x 则 f ( x)由正 负 正,
x a x a x a
f ( x) 3)斜渐近线: 如果 lim a , lim[ f ( x ) ax ] b, x x x
则y ax b为曲线的一条斜渐近线.
9
3 2 x 【y 2 x】 例12 曲线 y 的渐近线方程为 ________. 2 x 1 解 D : (, ). 没有铅直渐近线
x2 x2
则有铅直渐近线 x 0.
12
2 x x 1 x2 例15 曲线 y e arctan 的渐近线有( ( x 1)( x 2)
1
)
( A)1条; ( B )2条;
(C )3条;
( D )4条.
解 函数的间断点为: x 0, x -1, x 2 1 2 x x 1 x2 lim e arctan , x 0 ( x 1)( x 2)
又 lim f ( x ) lim ( x ln x A) ,
x x
又 lim f ( x ) lim ( x ln x A) A lim( x ln x )
x 0 x 0 x 0
高等数学 第三章

例 4 求函数 f (x) 2x3 3x2 12x 在区间[3 ,4] 上的最大值和最小值. 解 因为函数 f (x) 2x3 3x2 12x 在区间 [3,4] 上连续,所以在该区间上一定存在最大值和 最小 值. 该函数的导数为 f (x) 6x2 6x 12 6(x 2)(x 1) ,令 f (x) 0 ,得驻点 x1 2 , x2 1 . 因为 f (2) 20, f (1) 7 , f (3) 9, f (4) 128 ,
arcsin x arccos x π . 2
(二)柯西中值定理
定理1(拉格朗日中值定理) 如果函数 f(x)和F(x)满足条件:
(1)在闭区间[a,b]上连续;
(2)在开区间(a,b)内可导;
(3)对任一x属于(a,b),F,(x)≠0
那么,在开区间(a,b)内至少存在一点ξ,使得
f (b) f (a) f (ξ ) F (b) F (a) F (ξ )
第四节
曲率
一、曲率的概念与曲率的计算公式
(一)曲率的概念
如图 3-11 所示设 A ,B 是光滑曲线 L 上的两点,弧段 AB 的长度为 | s | ,曲线 L 在 A 点处的 切线倾斜角为 .
记 K ,称 K 为弧段 AB 的平均曲率. s
记 K lim ,称 K 为曲线 L 在点 A 处的曲率. s0 s
定理1 设函数y=f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内具有一阶和 二阶导数,那么
(1)若在(a,b)内f,,(x)>0,则曲线y=f(x)在(a,b)内是凹的; (2)若在(a,b)内f,,(x)<0,则曲线y=f(x)在(a,b)内是凸的.
例 5 判定曲线 y ln x 的凹凸性. 解 函数 y ln x 的定义域为 (0 , ) ,其导数为
高等数学第三章导数与微分

第三章导数与微分一、导数概念与定义A 、导数的概念a 、设函数y=f (x )在点0x 处的某临域内有定义,当自变量x 在0x 处取得变量△x (△x ≠0)时,函数取得相应增量。
即△y=f (0x +△x )-f (0x )若△y 与△x 之比当△x →0时极限存在,即000()()lim x f x x f x x∆→+∆-∆存在,,则称函数在点0x 处可导,0x 为()y f x =的可导点,并称此极限为函数在点0x 处的导数。
法线的斜率为1k,切线的斜率为k b 、若0000()()()lim x x f x f x f x x x →-'=→不存在,则称()f x 在0x 处不可导或不存在导数,0x 为()f x 的不可导点。
※特别是当上述极限为无穷大时,此时导数不存在,或称()f x 在点0x 处的导数无穷大。
导数()f x '也可记为0|x x dy dx =或0()|f x x x xd d = c 、函数的左导数与右导数0000()()()lim x f x f x f x x x --→-'=→ 0000()()()lim x f x f x f x x x ++→-'=→※分段函数的分段点处考虑左导右导,其余正常求导时直接求()f x 'B 、导数的几何意义曲线在点00(,())x f x 处的切线方程为000()()y y f x x x '-=-曲线在点00(,())x f x 处的发现方程为0001()()y y x x f x --=-' C 、函数的可导性与连续性的关系函数()y f x =在0x 处可导,则在0x 处连续;但函数()y f x =在0x 处连续,在点0x 不一定可导。
二、求导法则A 、 代数和的求导法则,积的导数、商的导数① ()u v u v '''+=+ ② ()u v u v v u '''⋅=+ ③ ()cu cu ''= ④ ()au bv au bv '''±=±⑤ ()u v w s t u vwst uv wst uvw st uvws t uvwst ''''''⋅⋅⋅⋅=++++即n 个因子乘积的导数一定为n 项,且每项均为n 个因子的乘积,第i 项的第i 个因子求导,其余不变 ⑥ 2()uu v v u v v''-'= B 、 反函数的导数设函数()x y ϕ=在某区间单调且连续,又在该区域内某点0y 处有导数0()0y ϕ'≠,则其反函数()y f x =在0y 的对应点000(())x x x ϕ=处有导,数且001()()f x y ϕ'=' ※①、(arcsin )x '=<1②、(arccos )x '= |x|<1 ③、21(arctan )1x x '=+ (,)x ∈-∞+∞ ④、221(tan )sec cos x x x'== ⑤、21(cot)1arc x -'=+ (,)x ∈-∞+∞ 三、复合函数的导数设()u x ϕ=在点0x 处可导,函数()y f u =在点00()u x ϕ=处可导,则复合函数[]()y fx ϕ=在点0x 处导。
高等数学-第三章-泰勒公式-同济大学

代入⑹式, 得
ex 1 x 1 x2 2!
1 n!
xn
e x
n 1!
xn1
0 1.
因而相应的近似表达式为
ex 1 x 1 x2 2!
1 xn. n!
当 x 0 时, 相应的误差估计式为
Rn x
e x xn1
n 1!
ex xn1,
n 1!
如果取 x 1, 即得到 e的近似表达式:
2!
f n 0 xn.
⑺
n!
上式称为函数 f x的n阶麦克劳林多项式. 而相应的误
差估计式为
Rn x
M
n 1!
x
n1 .
⑻
例2 求出函数 f x ex 的n 阶麦克劳林展开式.
解 因 f x f x f x f n x ex ,
所以: f 0 f 0 f 0 f n 0 1,
来近似表示 f x 并给出误差的具体表达式.
为了使所求出的多项式与函数 f x在数值与性质方 面吻合得更好, 进一步要求 Pn x 在点 x0处的函数值以 及它的n 阶导数值与 f x在 x0处的函数值以及它的n
阶导数值分别相等. 即
Pnk x0 f k x0 k 0,1, ,n.
e 11 1 1 . 2! n!
例3
求
y
x
x
1
在
x0
2 处的三阶泰勒展开式.
解因
y x 1 1 , y2 2,
x 1 x 1
y
x
1
12
,
y2 1, y2 2,
y
2
6,
y4
x
x
4!
15
,
y4 2 24 4!
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1
第三章
一、填空题
1.函数lnsinfxx在区间5,66上满足罗尔定理,则
2. 函数34fxx在区间0,1上满足拉格朗日中值定理,则
3.设函数2lnyxx,则它在x 处取得极小值。
4.设函数2ln1yxx,则它在其定义域, 内单调
5.设函数xyxe,则曲线的拐点坐标为
6.3231214yxxx的拐点是 __ .
7.a =______b=_______时,曲线32yaxbx的拐点是(1,2).
8.曲线2cosyxx在区间[0,]2上的最大值为_____________
9. 曲线3()fxx的拐点是 .
二、选择题
1.设在0,1上0fx,则0,1,10ffff或01ff几个
数的大小顺序为( )
A ()()()()1010ffffⅱ>>- B 1100ffff
C 1010ffff D 1010ffff
2. 设0000,0fxfxfx,则( )
A 0fx是fx的极大值 B 0fx是fx的极大值
C 0fx是fx的极小值 D 00,xfx是曲线yfx的拐点
3.fx二阶可导,0,0ff,已知x是fx的极值点,
cosgxfxx
则( )
A x是gx的极大值点 B x是gx的极小值点
C x不是gx的极大值点 D x是否为gx的极值点不定
2
4.fx二阶可导,0,0ff,已知x是fx的极值点,
cosgxfxx
则( )
A x是gx的极大值点 B x是gx的极小值点
C x不是gx的极大值点 D x是否为gx的极值点不定
5.设 0,0,ab则方程30xaxb的根为( )
A 有三个互异的实根 B 有两个互异的实根
C 只有一个正根 D 只有一个负根
6.函数5xfx在区间1,1上的最大值为( )
A15 B 0 C15 D 5
7.若函数()yfx在定义域内'''()0,()0,fxfx则()yfx ( )
A 单调增加且曲线是凸的 B单调减少且曲线是凸的
C 单调增加且曲线是凹的 D 单调减少且曲线是凹的
8.若函数()yfx在定义域内'''()0,()0,fxfx则有( )
A ()yfx单调增加且曲线是凸的 B ()yfx单调减少且曲线是凸的
C ()yfx单调增加且曲线是凹的 D ()yfx单调减少且是凹的
9. 函数()(1)4fxxx在[1,4]上满足罗尔定理中的=( )
(A)1 (B)2 (C)3 (D)4
10. 设函数()(1)(2)(3)(4)fxxxxx,则方程()0fx有( )
(A)一个实根 (B)二个实根 (C)三个实根 (D)无实根
11.若函数)(xfy在定义域内,0)(,0)('''xfxf则有( )
A. )(xfy单调增加且曲线是凸的 B. )(xfy单调减少且曲线是凸的
C. )(xfy单调增加且曲线是凹的 D. )(xfy单调减少且曲线是凹的
12. 函数lnyx在(0,)内( )
(A)单增且曲线是凸的 (B)单增且曲线是凹的
(C)单减且曲线是凸的 (D)单减且曲线是凹的
13. 0()0fx是函数()fx在0x点取得极值的( )
3
(A)充要条件(B)充分条件 (C)必要条件 (D)以上说法都不对
14. 函数()xfxxe在(0,)内是( )
(A)单调增加 (B)单调减少 (C)有増有减 (D)有界
三、解答题
1. 证明方程510xx只有一个正根。
2.求椭圆223xxyy上纵坐标最大和最小的点。
3.证明多项式33fxxxa在0,1上不可能有两个零点。
4.设1,xafxaax在,内的驻点为xa,问a为何值时,
xa
最小?并求出最小值。
5.设fx在0,1上连续,在0,1内可导,且10f,证明至少存在一点
0,1,使
0ff
6. 试求过曲线4xy上任意一点000,0xyx处的切线与两坐标轴围成的
三角形面积的值。
7.设fx在0,上连续,在0,内可导,证明至少存在一点0,,
使cotff。
8.试确定a值,使1sinsin33fxaxx在3x处有极值,指出它是极
大值还是极小值?并求此极值。
9.若fx可导,试证在其两个零点间一定有fxfx的零点。
10.在椭圆22221xyab的第一象限部分上求一点P,使该点处的切线、椭圆及
两坐标轴所围成图形的面积为最小,(其中0,0ab)。
如图:
11.证明:当x>0时,arctanln(1)1xxx
12.()fx在区间0,1上连续,在0,1内可导,且0f=1f=0,
证明:在内(0,1)至少存在一点,使0ff
00
,yxp
b
y
0
a
x
4
13.求函数)1ln(xxy的单调区间、极值及曲线的凹凸区间.
14.设某工厂生产某产品x单位的成本是32618cxxxx,收益是
9rxx
。问是否存在一个能取得最大利润的生产水平?如果存在找出这个生
产水平。
15.证明:当x>0时,sinln(1)1xxx
16. 若函数()fx在闭区间[,]ab上连续,在开区间(,)ab内可导,且
()()0fafb
。证明:至少有一点 (,)ab,使得()()0ff
17. 求函数329612yxxx的单调区间、极值及拐点.
18. 已知fx在[0,1]上连续,(0,1)内可导,且101ff,
证明:0,1使得2f
19. 求32()2912fxxxx的单调区间、极值及拐点.
20. 求函数3226187yxxx的单调区间、极值及拐点.
21. 设0ab,证明不等式
11(2,3,)()nnnnbaabnnba
.
22. 确定函数 32()29123fxxxx的单调区间.
23. 证明:当0x时,arctanln(1)1xxx.
24. 一房地产公司有50套公寓要出租,当月租金定为1000元时,公寓会全部租
出去,当月租金增加50元时,就会多一套公寓租不出去,而租出去的公寓每月
需花费100元的维修费,试问房租定为多少可获得最大利润?
25. 求曲线3yx的拐点及凹或凸的区间.
26.已知0ba,证明不等式:lnabaababb.
27.求函数)1ln(xxy的单调区间、极值及曲线的凹凸区间.
28.证明方程0155xx在区间(1,2)内只有一个实根.