微积分曹定华修订版课后题答案 习题详解
微积分(曹定华)(修订版)课后题答案第九章习题详解
第9章习题9-1． 判定下列级数的收敛性：115n n a ∞=⋅∑（ ＞ ）； ∑∞=-+1)1(n n n∑∞=+131n n ∑∞=-+12)1(2n nn ∑∞=+11ln n n n∑∞=-12)1(n n∑∞=+11n n n 0(1)21n n n n ∞=-⋅+∑．解：（ ）该级数为等比级数，公比为1a 且0a > 故当1||1a < 即1a >时，级数收敛，当1||1a≥即01a <≤时，级数发散（）(1n S n =++++1=lim n n S →∞=∞∴1n ∞=∑发散（ ）113n n ∞=+∑是调和级数11n n ∞=∑去掉前 项得到的级数，而调和级数11n n ∞=∑发散，故原级数113n n ∞=+∑发散（ ）1112(1)1(1)222n n nn n n n ∞∞-==⎛⎫+--=+ ⎪⎝⎭∑∑ 而1112n n ∞-=∑ 1(1)2m n n ∞=-∑是公比分别为12的收敛的等比级数，所以由数项级数的基本性质知111(1)22n n n n ∞-=⎛⎫-+ ⎪⎝⎭∑收敛，即原级数收敛（ ）lnln ln(1)1nn n n =-++ 于是(ln1ln 2)(ln 2ln 3)[ln ln(1)]n S n n =-+-+-+ln1ln(1)ln(1)n n =-+=-+故lim n n S →∞=-∞ 所以级数1ln1n nn ∞=+∑发散 （ ）2210,2n n S S +==-∴lim n n S →∞不存在，从而级数1(1)2n n ∞=-∑发散（ ）1lim lim10n n n n U n→∞→∞+==≠ ∴ 级数11n n n ∞=+∑发散 （ ） (1)(1)1, lim 21212n n n n n n U n n →∞--==++ ∴ lim 0n x U →∞≠，故级数1(1)21n n nn ∞=-+∑发散 ． 判别下列级数的收敛性，若收敛则求其和：∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+13121n n n ；∑∞=++1)2)(1(1n n n n∑∞=⋅12sin n n n π0πcos 2n n ∞=∑．解：（ ）1111, 23n n n n ∞∞==∑∑都收敛，且其和分别为 和12，则11123n n n ∞=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑收敛，且其和为 12 32（ ）11121(1)(2)212n n n n n n ⎛⎫=-+ ⎪++++⎝⎭∴121112111211121122322342345212n S n n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-++-++-+++-+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭11112212n n ⎛⎫=-+ ⎪++⎝⎭1lim 4n n S →∞=故级数收敛，且其和为14（ ）πsin 2n U n n = 而πsinππ2lim lim 0π222n n n U n→∞→∞=⋅=≠，故级数1πsin2n n n ∞=⋅∑发散 （ ）πcos2n n U = 而4lim limcos2π1k k k U k →∞→∞== 42lim limcos(21)π1k k k U k +→∞→∞=+=-故lim n n U →∞不存在，所以级数0πcos2n n ∞=∑发散 ※． 设1n n U ∞=∑ ＞ 加括号后收敛，证明1n n U ∞=∑亦收敛．证：设1(0)n n n U U ∞=>∑加括号后级数1n n A ∞=∑收敛，其和为 考虑原级数1n n U ∞=∑的部分和1n k k S U ∞==∑，并注意到0(1,2,)k U k >=，故存在0n 使11n n k t k t S U A s ∞===<<∑∑又显然1n n S S +<对一切n 成立，于是，{}n S 是单调递增且有上界的数列，因此，极限lim nn S →∞存在，即原级数1n n U ∞=∑亦收敛习题． 判定下列正项级数的收敛性：∑∞=++1n n n )2)(1(1 ∑∞=+1n n n1∑∞=++1n n n n )2(2 ∑∞=+1n n n )5(12；111nn a ∞=+∑ ＞ ∑∞=+1n n b a 1＞ ()∑∞=--+1n a n a n 22＞ ∑∞=-+1n n n 1214； ∑∞=⋅1n nn n 23； ※∑∞=1n n n n !∑∞=+⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅1n n n )13(1074)12(753 ∑∞=1n n n3；※∑∞=1n n n 22)!(2； ∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛+1n nn n 12∑∞=1πn n n3sin2 ∑∞=1πn n n n 2cos 32．解：（ ）因为211(1)(2)n n n <++而211n n ∞=∑收敛，由比较判别法知级数11(1)(2)n n n ∞=++∑收敛（）因为limlim 10n n n U →∞→∞==≠，故原级数发散 （ ）因为21(1)(1)1n n n n n n n +>=+++，而111n n ∞=+∑发散，由比较判别法知，级数12(1)n n n n ∞=++∑发散（ ）321n<=而n ∞=是收敛的p -级数3(1)2p => 由比较判别法知级数1n ∞=收敛（ ）因为111lim lim lim(1)111n n n n n n n n a a a a a→∞→∞→∞+==-++ 11112001a a a >⎧⎪⎪==⎨⎪<<⎪⎩而当1a >时，11n n a ∞=∑收敛，故111nn a ∞=+∑收敛 当1a =时，11n n a ∞=∑ 11n ∞=∑发散，故111nn a∞=+∑发散 当01a <<时1lim101nn a →∞=≠+，故1lim 1n n a →∞+发散综上所述，当01a <≤时，级数1lim1nn a →∞+发散，当1a >时，1lim 1n n a →∞+收敛 （ ）因为1lim lim lim(1)1n n n nn n n nb a a b a b a b b →∞→∞→∞+==-++1111101b b a b >⎧⎪⎪==⎨+⎪<<⎪⎩ 而当1b >时 11n n b ∞=∑收敛，故11nn a b ∞=+∑收敛 当1b =时，1111n n n b ∞∞===∑∑发散，故而由0a > 101a <<+∞+ 故11nn a b ∞=+∑也发散 当01b <<时，11lim 0n n a b a →∞=≠+故11n n a b ∞=+∑发散 综上所述知，当01b <≤时，级数11n n a b ∞=+∑发散 当 时，级数11nn a b ∞=+∑收敛 （）因为lim n n n→∞=0n a ==>而11n n ∞=∑发散，故级数10)n a ∞=>∑发散（ ）因为434431121lim lim 1212n n n n n n n n →∞→∞++-==-而311n n∞=∑收敛，故级数21121n n n ∞=+-∑收敛（ ）因为1113233lim lim lim 1(1)232(1)2n n n n n n n n nU n n U n n +++→∞→∞→∞⋅⋅==>+⋅+由达朗贝尔比值判别法知，级数132nnn n ∞=⋅∑发散 （ ）因为11(1)!1lim lim lim(1)1(1)!n n n n n n n nU n n e U n n n ++→∞→∞→∞+=⋅=+=>+，由达朗贝尔比值判别法知，级数1!nn n n ∞=∑发散（ ）因为1357(21)(23)4710(31)limlim 4710(31)(34)357(21)n n n n U n n n U n n n +→∞→∞⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅+=⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅+ 232lim1343n n n →∞+==<+由达朗贝尔比值判别法知原级数收敛（ ）因为111311lim lim lim 1333n n n n n n nU n n U n n ++→∞→∞→∞++=⋅==<，由达朗贝尔比值判别法知，级数13n n n ∞=∑收敛（ ）因为22221221(1)[(1)!]2(1)lim lim lim (!)22n n n n n n n nU n n U n +++→∞→∞→∞++=⋅= 由2212121(1)2(1)1lim lim lim 222ln 22ln 2x x x x x x x x x +++→∞→+∞→+∞+++==⋅⋅2121lim 022(ln 2)x x +→+∞==⋅知2121(1)lim lim 012n n n n nU n U ++→∞→∞+==<由达朗贝尔比值判别法知，级数221(!)2nn n ∞=∑收敛（）因为1lim 1212n n n n →∞==<+，由柯西根值判别法知级数121nn n n ∞=⎛⎫ ⎪+⎝⎭∑收敛 （ ）因为ππ2sinsin 33lim lim 1π2π33n n nn n n n n→∞→∞==⋅而112233nn n n n ∞∞==⎛⎫= ⎪⎝⎭∑∑是收敛的等比级数，它的每项乘以常数π后新得级数12π3n n n ∞=⋅∑仍收敛，由比较判别法的极限形式知，级数1π2sin3n n n ∞=∑收敛 （ ）因为2πcos 322n nn n n ≤而与（ ）题类似地可证级数12n n n ∞=∑收敛，由比较判别法知级数1πcos 32nn n n ∞=∑收敛． 试在 ， 内讨论 在什么区间取值时，下列级数收敛：∑∞=1n n n x nn x n ∑∞=⎪⎭⎫⎝⎛123．解：（ ）因为11lim lim lim 11n n n n n n nU x n nxx U n x n ++→∞→∞→∞=⋅==++由达朗贝尔比值判别法知，当1x >时，原级数发散 当01x <<时，原级数收敛而当1x =时，原级数变为调11n n∞=∑，它是发散的综上所述，当01x <<时，级数1nn x n∞=∑收敛（ ）因为1313(1)2limlim 22n n n n n nx n U xU x n ++→∞→∞⎛⎫+⋅ ⎪⎝⎭==⎛⎫⋅ ⎪⎝⎭由达朗贝尔比值判别法知，当12x >即2x >时，原级数发散当012x<<即02x <<时，原级收敛而当12x =即 2x =时，原级数变为31n n ∞=∑，而由3lim n n →∞=+∞知31n n ∞=∑发散，综上所述，当02x <<时，级数31()2n n xn ∞=∑收敛习题． 判定下列级数是否收敛，如果是收敛级数，指出其是绝对收敛还是条件收敛：∑∞=--1121)1(n nn 11(1)2(1)2n n nn ∞-=-+-⋅∑ ∑∞=12sin n n nx４ 111π(1)sin πn n n n ∞+=-∑∑∞=-⎪⎭⎫ ⎝⎛-11210121n n n ； ∑∞=+-1)1(n n x n∑∞=⋅1!)2sin(n n n x ．解：（ ）这是一个交错级数121n U n =- 1lim lim 021n n n U n →∞→∞==- 1112121n n U U n n +=>=-+ 由莱布尼茨判别法知11(1)21nn n ∞=--∑ 又1111(1)2121n n n n n ∞∞==-=--∑∑，由1121lim 12n n n→∞-= 及11n n ∞=∑发散，知级数1121n n ∞=-∑发散，所以级数11(1)21nn n ∞=--∑条件收敛 （ ）因为2111(1)211(1)22(1)2n n n n n ----+-=+-⋅-⋅ 故11111(1)21111(1)22(1)22(1)2n n n n n n n n n ------+--=+≤+-⋅-⋅-⋅ 1113222n n n-=+= 而112n n ∞=∑收敛，故132n n ∞=∑亦收敛，由比较判别法知11(1)2(1)2n n nn ∞-=-+-⋅∑收敛，所以级数11(1)2(1)2n n n n ∞-=-+-⋅∑绝对收敛 （ ）因为22sin 1,nx n n ≤而级数211n n∞=∑收敛，由比较判别法知21sin n nxn ∞=∑收敛，因此，级数21sin n nxn ∞=∑绝对收敛 （ ）因为121ππ|(1)sin |sin πlimlim 11πn n n n n n n n+→∞→∞-==而211n n∞=∑收敛，由比较判别法的极限形式知，级数111π|(1)sin |πn n n n ∞+=-∑收敛，从而级数11π(1)sin πn n n+-绝对收敛 （ ）因为212121111111210210210n n n n n n ----≤+=+ 而级数112n n ∞=∑收敛的等比级数1()2q = 由比值判别法，易知级数211110n n ∞-=∑收敛，因而21111210n n n ∞-=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑收敛，由比较判别法知级数21111210n n n ∞-=-∑收敛，所以原级数21111210n n n ∞-=-∑绝对收敛 （ ）当 为负整数时，级数显然无意义；当 不为负整数时，此交错级数满足莱布尼茨判别法的条件，故它是收敛的，但因11n x n∞=+∑发散，故原级数当 不为负整数时仅为条件收敛（ ）因为sin(2)1!!n x n n ⋅≤ 由比值判别法知11!n n ∞=∑收敛 1(1)!lim 01!n n n →∞+= ，从而由比较判别法知1sin(2)!n n x n ∞=⋅∑收敛，所以级数1sin(2)!n n x n ∞=⋅∑，绝对收敛． 讨论级数∑∞=--111)1(n p n n的收敛性 ＞ ． 解：当1p >时，由于11111(1)n p p n n n n ∞∞-==-=∑∑收敛，故级数111(1)n p n n ∞-=-∑绝对收敛当01p <≤时，由于111,(1)n n p p u u n n +=>=+ lim 0n n u →∞= 由莱布尼茨判别法知交错级数111(1)n p n n ∞-=-∑收敛，然而，当01p <≤时，11111(1)n p p n n n n ∞∞-==-=∑∑发散，故此时，级数111(1)n p n n ∞-=-∑条件收敛综上所述，当01p <≤时，原级数条件收敛 当 时，原级数绝对收敛 ※． 设级数∑∞=12n n a 及∑∞=12n n b 都收敛，证明级数∑∞=1n n n b a 及()∑∞=+12n n n b a 也都收敛．证：因为2222||||110||222n n n n n n a b a b a b +≤≤=+ 而由已知1nn a ∞=∑及21n n b ∞=∑都收敛，故221111,22n n n n a b ∞∞==∑∑收敛，从而2211122n n n a b ∞=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑收敛，由正项级数的比较判别法知1n n n a b ∞=∑也收敛，从而级数1n n n a b ∞=∑绝对收敛 又由222()2,n n n n n n a b a a b b +=++及2211,n n n n a b ∞∞==∑∑ 以及1n n n a b ∞=∑收敛，利用数项级数的基本性质知，221(2)nn n n n aa b b ∞=++∑收剑，亦即21()n n n a b ∞=+∑收敛习题． 指出下列幂级数的收敛区间：∑∞=0!n n n x ； ∑∞=0!n n n x nn ；∑∞=⋅022n n n n x ； ∑∞=++-01212)1(n n n n x ． ∑∞=⋅+02)2(n n n n x ； ∑∞=-0)1(2n n nx n．解：（ ）因为111(1)!limlim lim 011!n n n n na n p a n n +→∞→∞→∞+====+，所以收敛半径r =+∞，幂级数1!n n x n ∞=∑的收敛区间为(,)-∞+∞（ ）因为-111lim lim lim 1e 11nnn n n n na n p a n n +→∞→∞→∞⎛⎫===-= ⎪++⎝⎭，所以收敛半径1e r p == 当 时，级数01!!e n n n n n n n n x n n ∞∞===∑∑，此时11(1)n n n u e u n+=+，因为1(1)n n +是单调递增数列，且1(1)n n+ 所以1n nu u + 从而lim 0n n u →∞≠，于是级数当 时，原级数发散类似地，可证当 时，原级数也发散 可证lim ||0n n u →∞≠ 综上所述，级数0!nn n n x n ∞=∑的收敛区间为（ ）因为2111limlim ()212n n n n a n p a n +→∞→∞===+ 所以收敛半径为 当2x =时，级数221012n n n n x n n∞∞===⋅∑∑是收敛的 一级数（ ）当 时，级数22011(1)2n n n n n x n n ∞∞===-⋅⋅∑∑是交错级数，它满足莱布尼茨判别法的条件，故它收敛综上所述，级数202nn n x n∞=⋅∑的收敛区间为（ ）此级数缺少偶次幂的项，不能直接运用定理 求收敛半径，改用达朗贝尔比值判别法求收敛区间令21(1)21n nn x u n +=-+，则22121lim lim 23n n n nu n x x u n +→∞→∞+=⋅=+当21x <时，即||1x <时，原级数绝对收敛当21x >时，即||1x >时，级数0||n n u ∞=∑发散，从而210(1)21n nn x n +∞=-+∑发散，当1x =时，级数变为01(1)21nn n ∞=-+∑ 当1x =-时，级数变为101(1)21n n n ∞+=-+∑ 它们都是交错级数，且满足莱布尼茨判别法的条件，故它们都收敛综上所述，级数21(1)21n nn x n +∞=-+∑的收敛区间为（ ）此级数为（ ）的幂级数 因为11limlim 2(1)2n n n n a n p a n +→∞→∞===+ 所以收敛半径12r p==，即|2|2x +<时，也即40x -<<时级数绝对收敛 当|2|2x +>即4x <-或0x >时，原级数发散当4x =-时，级数变为01(1)n n n∞=-∑是收敛的交错级数，当 时，级数变为调和级数11n n∞=∑ 它是发散的 综上所述，原级数的收敛区间为 （ ）此级数（ ）的幂级数12limlim 21n n n n a np a n +→∞→∞===+ 故收敛半径12r =于是当1|1|2x -<即1322x <<时，原级数绝对收敛 当1|1|2x ->即12x <或32x >时，原级数发散当32x =时，原级数变为01n n∞=∑是调和级数，发散当12x =时，原级数变为11(1)n n n ∞=-∑，是收敛的交错级数综上所述，原级数的收敛区间为13,22⎡⎫⎪⎢⎣⎭． 求下列幂级数的和函数：∑∞=-1)1(n nnn x ； ∑∞=-1122n n nx ；nn x n n ∑∞=+1)1(1； ∑∞=+0)12(n n x n ． 解：（ ）可求得所给幂级数的收敛半径设1()(1)nnn x S x n ∞==-∑ 则1111()(1)(1)1n n n n n n x S x x n x ∞∞-=='⎡⎤'=-=-=-⎢⎥+⎣⎦∑∑∴001()()d d ln(1) (||1)1xxS x S x x x x x x-'===-+<+⎰⎰ 又当 时，原级数收敛，且()S x 在 处连续∴1(1)ln(1) (11)nnn x x x n ∞=-=-+-<≤∑ （ ）所给级数的收敛半经 ，设211()2n n S x nx ∞-==∑ 当||1x <时，有2121011()d 2d 2d xx xn n n n S x x nxx nx x ∞∞--====∑∑⎰⎰⎰22211nn x xx∞===-∑ 于是22222()1(1)x xs x x x '⎛⎫== ⎪--⎝⎭又当1x =±时，原级数发散 故 2122122 (||1)(1)n n xnx x x ∞-==<-∑（ ）可求所给级数的收敛半径为令1111()(0)(1)(1)n n n n x x s x x n n x n n +∞∞====≠++∑∑ 令11()(1)n n x g x n n +∞==+∑ 则111()1n n g x x x ∞-=''==-∑01()d ()(0)d 1xxg x x g x g x x''''=-=-⎰⎰(0)0,()ln(1)g g x x ''==--()d ()(0)ln(1)d ,(0)0xxg x x g x g x x g '=-=--=⎰⎰所以0()ln(1)d ln(1)ln(1)xg x x x x x x x =--=+---⎰所以1()11ln(1),||1,S x x x x⎛⎫=+--< ⎪⎝⎭且0x ≠当1x ±时，级数为11(1)n n n ∞=+∑和11(1)(1)n n n n ∞=-+∑ 它们都收敛 且显然有(0)0S =故111ln(1)(1,0)(0,1)()00,1x x S x x x x ⎧⎛⎫+--∈-⋃⎪ ⎪=⎝⎭⎨⎪=±⎩（ ）可求得所给级数的收敛半径为 且1x ±时，级数发散，设10()n n S x nx ∞-==∑则001()d .1xn n s x x x x∞===-∑⎰ 于是211()()1(1)S x x x '==-- 即1211(1)n n nx x ∞-==-∑ 所以111(21)2nn n n n n n x x nxx ∞∞∞-===+=+∑∑∑221112(1)1(1)xx x x x +=⋅+=--- (||1)x < ． 求下列级数的和：∑∞=125n n n ； ∑∞=-12)12(1n nn ；∑∞=--112212n n n ； 1(1)2n n n n ∞=+∑．解：（ ）考察幂级数21n n n x ∞=∑，可求得其收敛半径1r = ，且当1x ±时，级数的通项2n n u n x =，2lim ||lim n n n u n →∞→∞==+∞，因而lim 0n n u →∞≠，故当1x ±时，级数21nn n x ∞=∑发散，故幂级数21n n n x ∞=∑的收敛区间为（ ， ）设21() (||1)nn S x n x x ∞==<∑，则211()n n S x x n x ∞-==∑令2111()n n S x n x ∞-==∑ 则11011()d xnn n n S x x nx x nx ∞∞-====∑∑⎰再令121()n n S x nx∞-==∑ 则201()d 1xn n xS x x x x∞===-∑⎰ 故221()(||1)1(1)x S x x x x '⎛⎫==< ⎪--⎝⎭，从而有120()d (1)x x S x x x =-⎰ 1231() (||1)(1)(1)x xS x x x x '⎛⎫+==< ⎪--⎝⎭于是 213()() (||1)(1)x x S x xS x x x +==<- 取15x =，则223111()11555()5532115n n n S ∞=+===⎛⎫- ⎪⎝⎭∑ （ ）考察幂级数21121n n x n ∞=-∑，可求得收敛半径 ，设2211111() (||1)2121nn n n S x x x x x n n ∞∞-====<--∑∑令21111()21n n S x x n ∞-==-∑ 则221211()1n n S x x x ∞-='==-∑ 1200d 11()d ln 1-21xxx x S x x x x +'==-⎰⎰即 1111()(0)ln (,(0)0)21xS x S s x+-==- 于是 111()ln,(||<1)21xS x x x+=-，从而 11()()ln (||1)21x xS x xS x x x+==<-取x =则11(21)21n n S n ∞===-∑=（ ）考察幂级数211(21)n n n x ∞-=-∑，可求得其级数半经为 因为212121111(21)2n n n n n n n xnxx ∞∞∞---===-=-∑∑∑令2111()2n n S x nx∞-==∑，则221201()d 1xnn x S x x xx ∞===-∑⎰ 所以212222() (||1)1(1)x xS x x x x '⎛⎫==< ⎪--⎝⎭ 于是212121111(21)2n n n n n n n xnxx ∞∞∞---===-=-∑∑∑3222222 (||1)(1)1(1)x x x x x x x x +=-=<--- 取12x =，得3212111()121102212291()2n n n S ∞-=+-⎛⎫=== ⎪⎛⎫⎝⎭-⎪⎝⎭∑（ ）考察幂级数1(1)n n n n x ∞=+∑，可求得其收敛半径设1()(1) (||1)n n S x n n x x ∞==+<∑则121011()d xn n n n S x x nxxnx∞∞+-====∑∑⎰又设111()n n S x nx ∞-==∑则101()d 1xn n x S x x x x∞===-∑⎰ 从而121()1(1)x S x x x '⎛⎫== ⎪--⎝⎭2212()d ()(1)xx S x x x S x x ==-⎰2232() ||1(1)(1)x x S x x x x '⎛⎫==< ⎪--⎝⎭取12x =，则31121(1)2822112nn n n S ∞=⨯+⎛⎫=== ⎪⎝⎭⎛⎫- ⎪⎝⎭∑习题． 将下列函数展开成 的幂级数： 2cos 2x 2sin x ； 2x x -e211x -； πcos()4x -． 解：（ ）2201cos 11cos (1)2222(2)!n n n x x x n ∞=+==+-∑ 211(1) (-)2(2)!nnn x x n ∞==+-∞<<+∞∑ （ ）2101sin (1) ()2(21)!2n n n x x x n +∞=⎛⎫=--∞<<+∞ ⎪+⎝⎭∑（ ）22210011e ()(1) ()!!x n n n n n x x x x x n n ∞∞-+===-=--∞<+∞∑∑ （ ）211111211x x x ⎡⎤=+⎢⎥--+⎣⎦002011(1)221[(1)]2 ||1n n nn n n n n n n n x x x x x x ∞∞==∞=∞==+-=+-=<∑∑∑∑（ ）πππcos cos cos sin sin 444x x x ⎛⎫-=+ ⎪⎝⎭2210sin )(1) ()2(2)!(21)!n n n n x x x x x n n +∞==+⎡⎤=-+-∞<<+∞⎢⎥+⎣⎦∑ ． 将下列函数在指定点处展开成幂级数，并求其收敛区间：x -31 在 ＝１； 在 3π 3412++x x 在 21x 在 ＝３． 解：（ ）因为11113212x x =⋅--- 而 0111 (||112212n n x x x ∞=--⎛⎫=< ⎪-⎝⎭-∑即13x -<< 所以100111(1) (13)3222nn n n n x x x x ∞∞+==--⎛⎫=⋅=-<< ⎪-⎝⎭∑∑ 收敛区间为：（ ， ）（ ）πππ2π2cos cos ()cos cos()sin sin()333333x x x x ⎡⎤=+-=---⎢⎥⎣⎦22100()()133(1)(1)2(2)!2(21)!n n n n n n x x n n ππ+∞∞==--=-+-+∑∑221011(1)()[)2(2)!3(21)!3n n n n x x n n ππ∞+=⎡⎤=--+-⎢⎥+⎣⎦∑ ()x -∞<<+∞ 收敛区间为(,)-∞+∞（ ）211111111()1143213481124x x x x x x =-=⋅-⋅--++++++ 001111(1)(1)4284n nn n n n x x ∞∞==--⎛⎫⎛⎫=--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑∑ 223011(1)(1)22n n n n n x ∞++=⎛⎫=--- ⎪⎝⎭∑由112x -<且114x -<得13x -<<，故收敛区间为（ ， ） （ ）因为011113(1)()333313n n n x x x ∞=-=⋅=-⋅-+∑ 10(3)(1)3nnn n x ∞+=-=-∑ 而21011(3)(1)3n n n n x x x ∞+=''⎡⎤-⎛⎫=-=-- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦∑ 111(1)(3)3nn n n n x ∞-+=-=-⋅-∑1111(1)(3)3n n n n n x +∞-+=-=-∑ 20(1)(1)(3)3n n n n n x ∞+=-+=-∑ 由313x -<得06x << 故收敛区间为（ ， ）。
微积分曹定华修订版课后题答案第九章习题详解
Q Q、c.n -、、n ）发散•n =1ACO A CO A °° 1是调和级数7 1去掉前3项得到的级数，而调和级数 、-发散，故原级数—n 仝n n 三n1 +(-1)nQ n4 Q n2 2丿“ 1a （「1）m1而 肯，7 （亠是公比分别为1的收敛的等比级数，所以由数项级数的基本性质知 n 壬2 n 经 2 2(5) T In—In n -ln(n 1) n +1 是 S n =(ln1 -In 2) (In 2-In 3) |"[ln n -ln(n 1)]QO故ng —,所以级数j 亠发散•判定下列级数的收敛性:习题9-1CO __________⑵ ' (、n 1 - n)；n 42 (—1)nn42nCOr'Tn 丄n 1 n 1 「(一1)n2;n T(8)na (-1) nnzo 2n 1解: （1）该级数为等比级数, 1 11公比为一，且a 0,故当|一卜：1,即a 1时，级数收敛，当|一 |亠1即0 ：：： a 乞1a a a时, 级数发散• (2) T S n=（迈- .1）（七- 一 2）川（百-」n ）发散• (3) oOzn 吕n 3(4)cOn -丄n 4j<2 2 收敛，即原级数收敛.Q Q. limS 不存在，从而级数 「(-1)n2发散• n—门 n 丄 n +1 (7) T lim U = lim 1 - 0n Y n Y n00n +1.级数D 发散•n 二 n2 .判别下列级数的收敛性，若收敛则求其和:oOn n故lim U n 不存在，所以级数 7 cos 一发散.n‘：n£2QOoa3 *.设7 U n (U n > 0)加括号后收敛，证明、• U n 亦收敛.n 理 n 』(6) TS2n =0, S2n 1--2U n(-1)n 2n 1i ium丰nA(")nn 2n 1发散.1n(n 1)(n2)cd_n(3) ' n sin - n 仝 2nCO(4) 7 COSn=0解:(1)■ -都收敛，且其和分别为n 吕3n1和1，则二丄•丄收敛，且其和为2 n 吕 2n 3n(2)1_1『12 丄 1]n(n 1)(n 2)2 n n 1 n 2lim S n故级数收敛，且其和为丄.n —*4 4.n sin — (3) U n 二 nsin —，而 limU n =lim - 2= 0 ,2n f re ? n 200冗故级数' n sin 发散.心2 n2n-n =cos 一 2 ，而 k i m U 4k =k i mcos2kn 1，k i m U4k 2 limcos(2 k 1) n -1k —5 -1 2□a,故级数、Zn 4od QO ao QO 证：设7 U n(U n 0)加括号后级数7 A n收敛，其和为S.考虑原级数V U n的部分和S n八，U k,并注n=i n・nd k -1意到U k o(k =1,2,丨1()，故存在n。
《微积分》课后答案(复旦大学出版社(曹定华 李建平 毛志强 著))第三章
(3) y x x 3 x
2
y ( x 6 )
6． 讨论函数 y= 3 x 在 x=0 点处的连续性和可导性． 解： lim 3 x 0 f (0)
x 0
lim
x 0
3 f ( x) f (0) x 0 1 lim lim x 0 x 0 3 2 x0 x x
t
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解：(1) lim
x 0
f ( x0 x) f ( x0 ) f [ x0 ( x)] f ( x0 ) lim f ( x0 ) x 0 x x
A f ( x0 )
tt
2 3
1
1 5 1 x 6 6 6 6 x5
le
5 2
x2
；(3) y=
x6
1
ar
x2
3
x2
x5
n.
．
2
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ne
t
f ( x0 h) f ( x0 h) h 0 h [ f ( x0 h) f ( x0 )] [ f ( x0 h) f ( x0 )] lim h 0 h f ( x0 h) f ( x0 ) f [ x0 (h)] f ( x0 ) lim lim h 0 h 0 h h
解：为使 f ( x) 在 x 1 处连续，必须 f (1 0) f (1 0) f (1) ，
le
为了使 f ( x) 在 x 1 处可导，必须 f (1) f (1)
f (1) lim
f ( x) f (1) ax b 1 ax a lim lim a x 1 x 1 x 1 x 1 x 1
《微积分》课后答案(复旦大学出版社(曹定华_李建平_毛志强_著))第7章
3 . 2
4． 在 xＯy 坐标面上求向量 a，使其垂直于向量 b=4i-3j+5k,且｜a｜=2｜b｜． 解：设向量 a ( x, y, 0) ,由 a b 得 a b 0 即 4x 3y 0 , 由 | a | 2 | b | 得 解方程组
(6,10, 2) (6, 6, 6) (16, 4, 12) (16, 0, 20)
5．已知两点 M1(0，1，2)和 M2(1，-1，0)，求向量 M 1M 2 ，并求 M 1M 2 及与 M 1M 2 平 行的单位向量． 解： M 1M 2 (1 0)i (1 1) j (0 2)k i 2 j 2k (1, 2, 2)
2．试用向量证明：如果平面上一个四边形的对角线互相平分，则该四边形是平行 四边形． 证： （如上题图） ，依题意有 AM MC , DM MB. 于是 AB AM MB MC DM DC. 故 ABCD 是平行四边形. 3．已知向量 a=i-2j+3k 的始点为(1，3，-2)，求向量 a 的终点坐标． 解：设 a 的终点坐标为( x, y, z ),则
即与 M 1M 2 平行的单位向量为 ,
1 3
2 2 1 2 2 , 或 , , . 3 3 3 3 3
习题 7-3
) 1． 已知 a =2, b =1, (a,b
解： （1） a a | a | 4
2
，求(1) a·a,(2) a·b,(3) (2a+3b)·(3a-b)． 3 ) 2 1 cos π 1 （2） a a | a | | b | cos(a,b 3
微积分曹定华课后题答案第二章习题详解
第二章习题2-11、 试利用本节定义5后面的注(3)证明:若lim n →∞x n =a ,则对任何自然数k ,有lim n →∞x n +k =a 、证:由lim n n x a →∞=,知0ε∀>,1N ∃,当1n N >时,有n x a ε-<取1N N k =-,有0ε∀>,N ∃,设n N >时(此时1n k N +>)有n k x a ε+-<由数列极限的定义得 lim n k x x a +→∞=、2、 试利用不等式A B A B -≤-说明:若lim n →∞x n =a ,则lim n →∞∣x n ∣=|a|、考察数列x n =(-1)n ,说明上述结论反之不成立、证:lim 0,,.使当时，有n x n x aN n N x a εε→∞=∴∀>∃>-<Q而 n n x a x a -≤- 于就是0ε∀>,,使当时，有N n N ∃>n n x a x a ε-≤-< 即 n x a ε-<由数列极限的定义得 lim n n x a →∞=考察数列 (1)nn x =-,知lim n n x →∞不存在,而1n x =,lim 1n n x →∞=,所以前面所证结论反之不成立。
3、 利用夹逼定理证明:(1) lim n →∞222111(1)(2)n n n ⎛⎫+++ ⎪+⎝⎭L =0; (2) lim n →∞2!n n =0、 证:(1)因为222222111112(1)(2)n n n n n n n n n n++≤+++≤≤=+L 而且 21lim0n n →∞=,2lim 0n n→∞=, 所以由夹逼定理,得222111lim 0(1)(2)n n n n →∞⎛⎫+++= ⎪+⎝⎭L 、 (2)因为22222240!1231n n n n n<=<-g g g L g g ,而且4lim 0n n →∞=, 所以,由夹逼定理得2lim 0!nn n →∞= 4、 利用单调有界数列收敛准则证明下列数列的极限存在、 (1) x n =11ne +,n =1,2,…;(2) x 1,x n +1n =1,2,…、 证:(1)略。
微积分曹定华修订版课后题答案第九章习题详解.doc
第9章习题9-11． 判定下列级数的收敛性：(1) 115n n a ∞=⋅∑（a ＞0）； (2)∑∞=-+1)1(n n n ;(3) ∑∞=+131n n ; (4)∑∞=-+12)1(2n nn; (5) ∑∞=+11ln n n n; (6)∑∞=-12)1(n n;(7) ∑∞=+11n nn ; (8)0(1)21n n nn ∞=-⋅+∑． 解：（1）该级数为等比级数，公比为1a ,且0a >,故当1||1a <,即1a >时，级数收敛，当1||1a≥即01a <≤时，级数发散. （2）(1n S n =++++1=lim n n S →∞=∞∴1n ∞=∑发散.（3）113n n ∞=+∑是调和级数11n n ∞=∑去掉前3项得到的级数，而调和级数11n n∞=∑发散，故原级数113n n ∞=+∑发散. （4）1112(1)1(1)222n n nn n n n ∞∞-==⎛⎫+--=+ ⎪⎝⎭∑∑ 而1112n n ∞-=∑,1(1)2m nn ∞=-∑是公比分别为12的收敛的等比级数，所以由数项级数的基本性质知111(1)22n n n n ∞-=⎛⎫-+ ⎪⎝⎭∑收敛，即原级数收敛.（5）lnln ln(1)1nn n n =-++ 于是(ln1ln 2)(ln 2ln 3)[ln ln(1)]n S n n =-+-+-+ln1ln(1)ln(1)n n =-+=-+ 故lim n n S →∞=-∞,所以级数1ln1n nn ∞=+∑发散. （6）2210,2n n S S +==-∴lim n n S →∞不存在，从而级数1(1)2n n ∞=-∑发散.（7）1lim lim10n n n n U n→∞→∞+==≠∴ 级数11n n n ∞=+∑发散. （8） (1)(1)1, lim 21212n n n n n n U n n →∞--==++∴ lim 0n x U →∞≠，故级数1(1)21n n nn ∞=-+∑发散.2． 判别下列级数的收敛性，若收敛则求其和：(1) ∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+13121n n n ； (2) ※∑∞=++1)2)(1(1n n n n ; (3) ∑∞=⋅12sin n n n π; (4)πcos2n n ∞=∑． 解：（1）1111, 23n n n n ∞∞==∑∑都收敛，且其和分别为1和12，则11123n n n ∞=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∑收敛，且其和为1+12=32. （2）11121(1)(2)212n n n n n n ⎛⎫=-+ ⎪++++⎝⎭∴121112111211121122322342345212n S n n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-++-++-+++-+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭11112212n n ⎛⎫=-+ ⎪++⎝⎭1lim 4n n S →∞=故级数收敛，且其和为14. （3）πsin 2n U n n =,而πsinππ2lim lim 0π222n n n U n→∞→∞=⋅=≠，故级数1πsin2n n n ∞=⋅∑发散. （4）πcos 2n n U =,而4lim limcos2π1k k k U k →∞→∞==,42lim limcos(21)π1k k k U k +→∞→∞=+=-故lim n n U →∞不存在，所以级数πcos2n n ∞=∑发散. 3※． 设1nn U∞=∑ (U n ＞0)加括号后收敛，证明1nn U∞=∑亦收敛．证：设1(0)nn n UU ∞=>∑加括号后级数1n n A ∞=∑收敛，其和为S .考虑原级数1n n U ∞=∑的部分和1n k k S U ∞==∑，并注意到0(1,2,)k U k >=，故存在0n ,使11n n k t k t S U A s ∞===<<∑∑又显然1n n S S +<对一切n 成立，于是，{}n S 是单调递增且有上界的数列，因此，极限lim nn S →∞存在，即原级数1nn U∞=∑亦收敛.习题9-21． 判定下列正项级数的收敛性：(1) ∑∞=++1n n n )2)(1(1; (2)∑∞=+1n n n 1; (3) ∑∞=++1n n n n )2(2; (4)∑∞=+1n n n )5(12；(5) 111nn a∞=+∑ (a ＞0); (6) ∑∞=+1n nba 1(a , b ＞0);(7)()∑∞=--+1n a n a n 22 (a ＞0); (8)∑∞=-+1n nn 1214； (9) ∑∞=⋅1n nn n 23； (10) ※∑∞=1n nn n !; (11) ∑∞=+⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅1n n n )13(1074)12(753 ; (12)∑∞=1n n n3； (13) ※∑∞=1n n n 22)!(2； (14)∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛+1n nn n 12; (15)∑∞=1πn nn3sin2; (16) ∑∞=1πn n n n 2cos 32．解：（1）因为211(1)(2)n n n <++而211n n∞=∑收敛，由比较判别法知级数11(1)(2)n n n ∞=++∑收敛.（2）因为lim lim10n n n U →∞→∞==≠，故原级数发散. （3）因为21(1)(1)1n n n n n n n +>=+++，而111n n ∞=+∑发散，由比较判别法知，级数12(1)n n n n ∞=++∑发散. （4）321n<=,而1n ∞=是收敛的p -级数3(1)2p =>,由比较判别法知,级数1n ∞=收敛.（5）因为111lim lim lim(1)111n n n n n n n n a a a aa→∞→∞→∞+==-++ 11112001a a a >⎧⎪⎪==⎨⎪<<⎪⎩而当1a >时，11n n a ∞=∑收敛，故111nn a∞=+∑收敛; 当1a =时，11n n a∞=∑=11n ∞=∑发散，故111nn a ∞=+∑发散; 当01a <<时1lim101n n a →∞=≠+，故1lim1nn a →∞+发散; 综上所述，当01a <≤时，级数1lim 1n n a →∞+发散，当1a >时，1lim 1nn a →∞+收敛. （6）因为1lim lim lim(1)1n n n nn n n nb a a b a b a b b →∞→∞→∞+==-++1111101b b a b >⎧⎪⎪==⎨+⎪<<⎪⎩ 而当1b >时, 11n n b ∞=∑收敛，故11nn a b ∞=+∑收敛; 当1b =时，1111n n n b ∞∞===∑∑发散，故而由0a >, 101a <<+∞+,故11nn a b ∞=+∑也发散; 当01b <<时，11lim 0n n a b a →∞=≠+故11n n a b ∞=+∑发散; 综上所述知，当01b <≤时，级数11n n a b ∞=+∑发散;当b >1时，级数11nn a b∞=+∑收敛. （7）因为n n n→∞=0n a ==>而11n n∞=∑发散，故级数10)n a ∞=>∑发散.（8）因为434431121lim lim 1212n n n n n n n n →∞→∞++-==-而311n n ∞=∑收敛，故级数21121n n n ∞=+-∑收敛.（9）因为1113233lim lim lim 1(1)232(1)2n n n n n n n n nU n n U n n +++→∞→∞→∞⋅⋅==>+⋅+由达朗贝尔比值判别法知，级数132nnn n ∞=⋅∑发散. （10）因为11(1)!1lim lim lim(1)1(1)!n n n n n n n nU n n e U n n n ++→∞→∞→∞+=⋅=+=>+，由达朗贝尔比值判别法知，级数1!nn n n ∞=∑发散.（11）因为1357(21)(23)4710(31)limlim 4710(31)(34)357(21)n n n nU n n n U n n n +→∞→∞⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅+=⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅+232lim1343n n n →∞+==<+,由达朗贝尔比值判别法知原级数收敛.（12）因为111311lim lim lim 1333n n n n n n nU n n U n n ++→∞→∞→∞++=⋅==<，由达朗贝尔比值判别法知，级数13nn n∞=∑收敛. （13）因为22221221(1)[(1)!]2(1)lim lim lim (!)22n n n n n n n nU n n U n +++→∞→∞→∞++=⋅= 由2212121(1)2(1)1lim lim lim 222ln 22ln 2x x x x x x x x x +++→∞→+∞→+∞+++==⋅⋅2121lim 022(ln 2)x x +→+∞==⋅知2121(1)lim lim 012n n n n nU n U ++→∞→∞+==<由达朗贝尔比值判别法知，级数221(!)2n n n ∞=∑收敛.（14）因为1lim 1212n n n n →∞==<+，由柯西根值判别法知级数121nn n n ∞=⎛⎫⎪+⎝⎭∑收敛.（15）因为ππ2sinsin 33lim lim 1π2π33n n nn n n n n→∞→∞==⋅而112233nn n n n ∞∞==⎛⎫= ⎪⎝⎭∑∑是收敛的等比级数，它的每项乘以常数π后新得级数12π3n n n ∞=⋅∑仍收敛，由比较判别法的极限形式知，级数1π2sin3n nn ∞=∑收敛. （16）因为2πcos 322n n n n n ≤而与（12）题类似地可证级数12n n n ∞=∑收敛，由比较判别法知级数1πcos 32nn n n ∞=∑收敛.2． 试在(0，+∞)内讨论x 在什么区间取值时，下列级数收敛：(1) ∑∞=1n nn x ; (2)nn x n ∑∞=⎪⎭⎫ ⎝⎛123． 解：（1）因为11lim lim lim 11n n n n n n nU x n nxx U n x n ++→∞→∞→∞=⋅==++由达朗贝尔比值判别法知，当1x >时，原级数发散;当01x <<时，原级数收敛; 而当1x =时，原级数变为调11n n ∞=∑，它是发散的. 综上所述，当01x <<时，级数1nn x n ∞=∑收敛.（2）因为1313(1)2limlim 22n n n n n nx n U xU x n ++→∞→∞⎛⎫+⋅ ⎪⎝⎭==⎛⎫⋅ ⎪⎝⎭,由达朗贝尔比值判别法知，当12x >即2x >时，原级数发散;。
微积分(曹定华)(修订版)课后题答案第一章习题详解
第一章习题1-11.用区间表示下列不等式的解2(1)9;(2)1;1(3)(1)(2)0;(4)00.011 x x x x x ≤>--+<<<+ 解 (1)原不等式可化为(3)(3)0x x -+≤,其解为33x -≤≤,用区间表示是[-3,3].(2)原不等式可化为11x ->或11x -<-,其解为2x >或0x <,用区间表示是(-∞,0)∪(2,+ ∞).(3)原不等式的解为21x -<<,用区间表示是(-2,1).(4)原不等式可化为0.0110.0110x x -<+<⎧⎨+≠⎩即 1.010.991x x -<<-⎧⎨≠⎩ 用区间表示是(-1.01,-1)∪(-1,-0.99).2.用区间表示下列函数的定义域:1(1)(2)arcsin(1)lg(lg );1(3).ln(2) y y x x x y x ==-+=- 解 (1)要使函数有意义,必须2010x x ≠⎧⎨-≥⎩即011x x ≠⎧⎨-≤≤⎩所以函数的定义域为[-1,0)∪(0,1].(2)要使函数有意义,必须111lg 00x x x -≤-≤⎧⎪>⎨⎪>⎩即0210x x x ≤≤⎧⎪>⎨⎪>⎩所以函数的定义域是12x <≤,用区间表示就是(1,2].(3)要使函数有意义,必须2650ln(2)020x x x x ⎧--≥⎪-≠⎨⎪->⎩即6112x x x -≤≤⎧⎪≠⎨⎪<⎩所以函数的定义域是-6≤x <1,用区间表示就是[-6,1).3.确定下列函数的定义域及求函数值f (0),ff (a )(a 为实数),并作出图形(1)1,0,2,011,12x x y x x x ⎧<⎪⎪=⎨≤<⎪⎪<≤⎩； (2)y＝211,12x x x ⎧≤⎪⎨-<<⎪⎩解 (1)函数的定义域(){|0}{|01}{|12}{|112}(,1)(1,2]或D f x x x x x x x x x =<≤<<≤=<<≤=-∞1(0)200,1,()201112a af f f a a a a ⎧<⎪⎪=⨯===⎨≤<⎪⎪<≤⎩,图1-1 图1-2(2)函数的定义域(){|1}{|12}{|2}(2,2)D f x x x x x x =≤<<=<=-221(0)1,11,()112a f f f a a a ≤===-==-<<⎪⎩4※.设1,1()1,1x f x x ⎧≤⎪=⎨->⎪⎩,求f (f (x )).解 当|x |≤1时, f (x )=1, f (f (x ))= f (1)=1;当|x |>1时, f (x )=-1, f (f (x ))= f (-1)=1,综上所述f (f (x ))=1(x ∈R ).5.判定下列函数的奇偶性：(1) f (x )＝21cos x x -； (2)f (x )＝(x 2＋x )sin x ；(3) ※ f (x )＝1e ,0e 1,0x x x x -⎧-≤⎨->⎩解 (1) ∵221()1()()cos()cos x x f x f x x x----===- ∴f (x )是偶函数.(2)∵222()[()()]sin()()(sin )()sin ()f x x x x x x x x x x f x -=-+--=--=--≠ 且()()f x f x -≠-,∴f (x )是非奇非偶函数.(3) ※当x <0时,-x >0, ()1(1)()e e x x f x f x ---=-=--=-; 当x ≥0时,-x ≤0, ()()11(1)()e e e x x x f x f x ---=-=-=--=-,综上所述, x ∀∈R ,有f (-x )=-f (x ),所以f (x )是奇函数.6.设f (x )在区间(-l ,l )内有定义,试证明：(1) f (-x )+f (x )为偶函数； (2) f (-x ) -f (x )为奇函数.证 (1)令()()()F x f x f x =-+(,)x l l ∀∈-有()[()]()()()()F x f x f x f x f x F x -=--+-=+-=所以()()()F x f x f x =-+是偶函数;(2)令()()()F x f x f x =--,(,)x l l ∀∈-有()[()]()()()[()()]()F x f x f x f x f x f x f x F x -=----=--=---=-所以()()()F x f x f x =--是奇函数.7. 试证：(1) 两个偶函数的代数和仍为偶函数； (2) 奇函数与偶函数的积是奇函数. 证 (1)设f (x ),g (x )均为偶函数,令()()()F x f x g x =±则 ()()()()()()F x f x g x f x g x F x -=-±-=±=,所以()()f x g x ±是偶函数,即两个偶函数的代数和仍为偶函数.(2)设f (x )为奇函数,g (x )为偶函数,令()()()F x f x g x =⋅,则 ()()()()()()F x f x g x f x g x F x -=-⋅-=-=-,所以()()f x g x ⋅是奇函数,即奇函数与偶函数之积是奇函数.8. 求下列函数的反函数:22(1)2sin 3,,;(2);66212101,(3)()2(2)1 2.xx y x x y x x f x x x ππ⎡⎤=∈-=⎢⎥+⎣⎦-≤≤⎧=⎨--<≤⎩解 (1)由2sin3y x =得1arcsin 32yx =所以函数2sin3y x =的反函数为1arcsin (22)32xy x =-≤≤.(2)由221xx y =+得21x y y =-,即2log 1yx y =-. 所以函数221x x y =+的反函数为2log (01)1xy x x =<<-.(3) ※当01x ≤≤时,由21y x =-得1,112yx y +=-≤≤;当12x <≤时,由22(2)y x =--得22x y =<≤;于是有1112212yy x y +⎧-≤≤⎪=⎨⎪<≤⎩,所以函数22101()2(2)12x x f x x x -≤≤⎧=⎨--<≤⎩的反函数是1112()212x x f x x +⎧-≤≤⎪=⎨⎪<≤⎩.9. 将y 表示成x 的函数,并求定义域:222(1)10,1;(2)ln ,2,sin ;(3)arctan ,(). 为实数u v y u x y u u v x y u u v a x a ==+======+解 (1)211010u x y +==,定义域为(-∞,+∞);(2) sin ln ln 2ln 2sin ln 2v x y u x ====⋅定义域为(-∞,+∞);(3) arctan y u ===(a 为实数),定义域为(-∞,+∞).习题1-21.下列初等函数是由哪些基本初等函数复合而成的?(1) y= ； (2) y =sin 3ln x ;(3) y = tan 2x a ； (4) y =ln ［ln 2(ln 3x )］.解 (1)令arcsin x u a =,则y ,再令xv a =,则arcsin u v =,因此y =是由基本初等函数arcsin ,x y u v v a ===复合而成的.(2)令sin ln u x =,则3y u =,再令ln v x =,则sin u v =.因此3sin ln y x =是由基本初等函数3,sin ,ln y u u v v x ===复合而成.(3)令2tan u x =,则u y a =,再令2v x =,则tan u v =,因此2tan x y a =是由基本初等函数2,tan ,u y a u v v x ===复合而成.(4)令23ln (ln )u x =,则ln y u =,再令3ln(ln )v x =则2u v =,再令3ln w x =,则ln v w =,再令ln t x =,则3w t =,因此23ln[ln (ln )]y x =是由基本初等函数2ln ,,ln ,y u u v v w === 3,ln w t t x ==复合而成.2.设f (x )的定义域为［0,1］,分别求下列函数的定义域：(1) f (x 2)； (2) f (sin x );(3) f (x +a ),(a ＞0)； (4) f (e x +1).解 (1)由f (x )的定义域为[0,1]得0≤x 2≤1,于是-1≤x ≤1,所以f (x 2)的定义域为[-1,1].(2)由f (x )的定义域为[0,1]得0≤sin x ≤1,于是2k π≤x ≤(2k +1)π,k ∈z ,所以f (sin x )的定义域为[2k π,(2k +1) π], k ∈Z .(3)由f (x )的定义域为[0,1]得0≤x+a ≤1即-a ≤x ≤1-a 所以f (x+a )的定义域为[-a ,1-a ].(4)由f (x )的定义域为[0,1]得0≤e x +1≤1,解此不等式得x ≤-1,所以f (e x +1)的定义域为(-∞,-1].3. 求下列函数的表达式：(1) 设ϕ(sin x )=cos 2x +sin x +5,求ϕ(x );(2) 设g (x -1)=x 2+x +1,求g (x );(3) 设1()f x x +=x 2+21x,求f (x ). 解 (1)法一:令sin t x =,则222cos 1sin 1x x t =-=-,代入函数式,得:22()156t t t t t ϕ=-++=+-,即 2()6x x x ϕ=++.法二:将函数的表达式变形得:22(sin )(1sin )sin 56sin sin x x x x x ϕ=-++=+-令sin t x =,得 2()6t t t ϕ=+-,即 2()6x x x ϕ=+-.(2)法一:令1t x =-,则1x t =+,将其代入函数式,得22()(1)(1)133g t t t t t =++++=++即 2()33g x x x =++.法二:将函数表达式变形,得22(1)(21)(33)3(1)3(1)3g x x x x x x -=-++-+=-+-+令1x t -=,得 2()33g t t t =++,即 2()33g x x x =++.(3)法一:令1x t x +=,两边平方得22212x t x ++= 即22212x t x+=-,将其代入函数式,得2()2f t t =-,即2()2f x x =-. 法二:将函数表达式变形,得222111222f x x x x x x ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-=-++++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 令1x t x+=,得2()2f t t =-,即2()2f x x =-.习题1-31.设销售商品的总收入是销售量x 的二次函数,已知x =0,2,4时,总收入分别是0,6,8,试确定总收入函数TR(x ).解 设2()TR x ax bx c =++,由已知(0)0,(2)6,(4)8TR TR TR === 即 04261648c a b c a b c =⎧⎪++=⎨⎪++=⎩ 解得 1240a b c ⎧=-⎪⎪⎨=⎪⎪=⎩ 所以总收入函数21()42TR x x x =-+. 2.设某厂生产某种产品1000吨,定价为130元/吨,当一次售出700吨以内时,按原价出售；若一次成交超过700吨时,超过700吨的部分按原价的9折出售,试将总收入表示成销售量的函数.解 设销售量为x ,实际每吨售价为P 元,由题设可得P 与x 间函数关系为1307001177001000x P x ≤⎧=⎨<≤⎩,总收入 130700()130700(700)1177001000TR x x x x x ≤⎧=⎨⨯+-⨯<≤⎩,即 130700()91001177001000TR x x x x x ≤⎧=⎨+<≤⎩.3. 已知需求函数为105Q P =-,成本函数为C =50+2Q ,P 、Q 分别表示价格和销售量.写出利润L 与销售量Q 的关系,并求平均利润.解 由题设知总收入2()105Q R Q PQ Q ==- ,则 总利润 ()221()()()8505021055Q L Q R Q C Q Q Q Q Q ⎛⎫=-=-=--+- ⎪⎝⎭, 平均利润 ()150()85L Q AL Q Q Q Q==--. 4. 已知需求函数Q d 和供给函数Q s ,分别为Q d =100233P -,Q s =-20+10P ,求相应的市场均衡价格.解 当d s Q Q =时供需平衡,由d s Q Q =得1002201033P P -=-+,解得5P = 所以市场均衡价格5P =.。
《微积分》课后答案(复旦大学出版社(曹定华_李建平_毛志强_著))第11章
t t 1 t 1 1 1 yt (1)i 2t i 1 2t 1 ( )i 2t 2 3 i 0 i 0
由 (11 2 4) 式，得所给方程的通解
1 yt A(1)t 2t 3
(A 为任意常数)
*
(4)对应齐次差分方程为 yt 1 yt 0 ，其通解为 yt A ， 设原方程特解为
yt 2t ( B1 cos πt B2 sin πt ) 代入原方程得：
2t 1[ B1 cos π(t 1) B2 sin π(t 1)] 2t ( B1 cos πt B2 sin πt ) 2t cos πt
yt 1
1 4 yt ，其中 3 3
1 4 a ， b ，由通解公式 (11 2 7) 得原方程的通解为： 3 3
1 yt y A (t ) yt A( )t 1 (A 为任意常数) 3 1 3 t 1 3 1 (2)方程可化为 yt 1 yt ，其中 a ， b0 ， b1 ，故由通解公式 2 2 2 2 2 2 (11 2 9) 得方程的通解为： 3 1 1 1 t 1 7 t yt A( ) 2 2 2 t 即 yt A( )t . 1 1 1 2 9 3 2 1 (1 ) 2 1 2 2 2
t
(4) a 4 ， π ， b1 0 ， b2 3 ， D (4 cos π) sin π=9 0 ，且
2 2
由公式 (11 2 14) 得 = [0 (4 cos π) 3 sin π]=0 ， = [3(4 cos π) 0 sin π]=1 ， 方程通解为 yt A(4) sin πt ，以 t 0 时 y0 1 代入上式，得 A 1 ，故原方程特解为：
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微积分曹定华修订版课后题答案习题详解 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】第二章习题2-11. 试利用本节定义5后面的注（3）证明：若lim n →∞x n =a ,则对任何自然数k ，有lim n →∞x n +k =a .证：由lim n n x a →∞=，知0ε∀>，1N ∃，当1n N >时，有n x a ε-<取1N N k =-，有0ε∀>，N ∃，设n N >时（此时1n k N +>）有n k x a ε+-<由数列极限的定义得 lim n k x x a +→∞=.2. 试利用不等式A B A B -≤-说明：若lim n →∞x n =a ,则lim n →∞∣x n ∣=|a|.考察数列x n =(-1)n ，说明上述结论反之不成立.证：lim 0,,.使当时，有n x n x aN n N x a εε→∞=∴∀>∃>-<而 n n x a x a -≤- 于是0ε∀>，,使当时，有N n N ∃>n n x a x a ε-≤-< 即 n x a ε-<由数列极限的定义得 lim n n x a →∞=考察数列 (1)nn x =-，知lim n n x →∞不存在，而1n x =，lim 1n n x →∞=，所以前面所证结论反之不成立。
3. 利用夹逼定理证明：(1) lim n →∞222111(1)(2)n n n ⎛⎫+++ ⎪+⎝⎭=0； (2) lim n →∞2!n n =0.证：（1）因为222222111112(1)(2)n n n n n n n n n n++≤+++≤≤=+而且 21lim0n n →∞=，2lim 0n n→∞=，所以由夹逼定理，得222111lim 0(1)(2)n n n n →∞⎛⎫+++= ⎪+⎝⎭. （2）因为22222240!1231n n n n n<=<-，而且4lim 0n n →∞=，所以，由夹逼定理得2lim 0!nn n →∞= 4. 利用单调有界数列收敛准则证明下列数列的极限存在. (1) x n =11n e +，n =1,2,…；(2) x 1,x n +1,n =1,2,…. 证：（1）略。
（2）因为12x <，不妨设2k x <，则12k x +=<=故有对于任意正整数n ，有2n x <，即数列{}n x 有上界，又 1n n x x +-=，而0n x >,2n x <， 所以 10n n x x +-> 即 1n n x x +>， 即数列是单调递增数列。
综上所述，数列{}n x 是单调递增有上界的数列，故其极限存在。
习题2-21※. 证明：0lim x x →f (x )=a 的充要条件是f (x )在x 0处的左、右极限均存在且都等于a .证：先证充分性：即证若0lim ()lim ()x x x x f x f x a -+→→==，则0lim ()x x f x a →=. 由0lim ()x x f x a -→=及0lim ()x x f x a +→=知： 10,0εδ∀>∃>,当010x x δ<-<时，有()f x a ε-<，20δ∃>当020x x δ<-<时，有()f x a ε-<。
取{}12min ,δδδ=，则当00x x δ<-<或00x x δ<-<时，有()f x a ε-<， 而00x x δ<-<或00x x δ<-<就是00x x δ<-<， 于是0,0εδ∀>∃>，当00x x δ<-<时，有()f x a ε-<， 所以 0lim ()x x f x a →=.再证必要性：即若0lim ()x x f x a →=，则0lim ()lim ()x x x x f x f x a -+→→==, 由0lim ()x x f x a →=知，0,0εδ∀>∃>，当00x x δ<-<时，有()f x a ε-<，由00x x δ<-<就是 00x x δ<-<或00x x δ<-<，于是0,0εδ∀>∃>，当00x x δ<-<或00x x δ<-<时，有()f x a ε-<.所以 0lim ()lim ()x x x x f x f x a -+→→== 综上所述，0lim x x →f (x )=a 的充要条件是f (x )在x 0处的左、右极限均存在且都等于a .2. (1) 利用极限的几何意义确定0lim x → (x 2+a ),和0lim x -→1e x； (2) 设f (x )= 12e ,0,,0,xx x a x ⎧⎪<⎨⎪+≥⎩，问常数a 为何值时，0lim x →f (x )存在.解：（1）因为x 无限接近于0时，2x a +的值无限接近于a ，故20lim()x x a a →+=.当x 从小于0的方向无限接近于0时，1e x的值无限接近于0，故1lim e 0xx -→=. （2）若0lim ()x f x →存在，则00lim ()lim ()x x f x f x +-→→=， 由（1）知 22lim ()lim()lim()x x x f x x a x a a +--→→→=+=+=， 1lim ()lim e 0xx x f x --→→== 所以，当0a =时，0lim ()x f x →存在。
3. 利用极限的几何意义说明lim x →+∞sin x 不存在.解：因为当x →+∞时，sin x 的值在-1与1之间来回振摆动，即sin x 不无限接近某一定直线y A =，亦即()y f x =不以直线y A =为渐近线，所以lim sin x x →+∞不存在。
习题2-31. 举例说明：在某极限过程中，两个无穷小量之商、两个无穷大量之商、无穷小量与无穷大量之积都不一定是无穷小量，也不一定是无穷大量.解：例1：当0x →时，tan ,sin x x 都是无穷小量，但由sin cos tan xx x=（当0x →时，cos 1x →）不是无穷大量，也不是无穷小量。
例2：当x →∞时，2x 与x 都是无穷大量，但22xx=不是无穷大量，也不是无穷小量。
例3：当0x +→时，tan x 是无穷小量，而cot x 是无穷大量，但tan cot 1x x =不是无穷大量，也不是无穷小量。
2. 判断下列命题是否正确：(1) 无穷小量与无穷小量的商一定是无穷小量； (2) 有界函数与无穷小量之积为无穷小量； (3) 有界函数与无穷大量之积为无穷大量； (4) 有限个无穷小量之和为无穷小量； (5) 有限个无穷大量之和为无穷大量；(6) y =x sin x 在(-∞，+∞)内无界，但lim x →∞x sin x ≠∞；(7) 无穷大量的倒数都是无穷小量； (8) 无穷小量的倒数都是无穷大量. 解：（1）错误，如第1题例1； （2）正确，见教材§定理3；（3）错误，例当0x →时，cot x 为无穷大量，sin x 是有界函数，cot sin cos x x x =不是无穷大量；（4）正确，见教材§定理2；（5）错误，例如当0x →时，1x 与1x -都是无穷大量，但它们之和11()0x x+-=不是无穷大量；（6）正确，因为0M ∀>，∃正整数k ，使π2π+2k M >，从而ππππ(2π+)(2π+)sin(2π+)2π+2222f k k k k M ==>，即sin y x x =在(,)-∞+∞内无界，又0M ∀>，无论X 多么大，总存在正整数k ，使π>k X ，使(2π)πsin(π)0f k k k M ==<，即x →+∞时，sin x x 不无限增大，即lim sin x x x →+∞≠∞；（7）正确，见教材§定理5；（8）错误，只有非零的无穷小量的倒数才是无穷大量。
零是无穷小量，但其倒数无意义。
3. 指出下列函数哪些是该极限过程中的无穷小量，哪些是该极限过程中的无穷大量.(1) f (x )=234x -,x →2; (2) f (x )=ln x ，x →0+，x →1,x →+∞；(3) f (x )= 1e x,x →0+，x →0-； (4) f (x )=2π-arctan x ,x →+∞;(5) f (x )=1x sin x ,x →∞; (6) f (x )= 21xx →∞. 解：（1）22lim(4)0x x →-=因为，即2x →时，24x -是无穷小量，所以214x -是无穷小量，因而234x -也是无穷大量。
（2）从()ln f x x =的图像可以看出，10lim ln ,limln 0,lim ln x x x x x x +→→+∞→=-∞==+∞，所以，当0x +→时，x →+∞时，()ln f x x =是无穷大量；当1x →时，()ln f x x =是无穷小量。
（3）从1()e xf x =的图可以看出，110lim e ,lim e 0x xx x +-→→=+∞=， 所以，当0x +→时，1()e xf x =是无穷大量； 当0x -→时，1()e xf x =是无穷小量。
（4）πlim (arctan )02x x →+∞-=， ∴当x →+∞时，π()arctan 2f x x =-是无穷小量。
（5）当x →∞时，1x是无穷小量，sin x 是有界函数，∴ 1sin x x是无穷小量。
（6）当x →∞时，21x∴是无穷小量。
习题2-41.若0lim x x →f (x )存在，0lim x x →g (x )不存在，问0lim x x →［f (x )±g (x )］, 0lim x x →［f (x )·g (x )］是否存在，为什么解：若0lim x x →f (x )存在，0lim x x →g (x )不存在，则（1）0lim x x →［f (x )±g (x )］不存在。
因为若0lim x x →［f (x )±g (x )］存在，则由()()[()()]g x f x f x g x =--或()[()()]()g x f x g x f x =+-以及极限的运算法则可得lim x x →g (x )，与题设矛盾。