• 高等数学(第七版)同济大学 习题1-9 个人解答


    高等数学(第七版)同济大学 习题1-9

     

    1.   求 函 数 f ( x ) = x 3 + 3 x 2 − x − 3 x 2 + x − 6 的 连 续 区 间 , 并 求 极 限 lim ⁡ x → 0 f ( x ) , lim ⁡ x → − 3 f ( x ) 及 lim ⁡ x → 2 f ( x ) 1. f(x)=x3+3x2x3x2+x6limx0f(x)limx3f(x)limx2f(x)
    1. f(x)=x2+x6x3+3x2x3x0limf(x)x3limf(x)x2limf(x)

    解:

       当 x = − 3 , x = 2 时 , f ( x ) 无 意 义 , 所 以 这 两 个 点 为 间 断 点 , 除 此 之 外 , 函 数 都 连 续 ,    连 续 区 间 为 ( − ∞ ,   − 3 ) , ( − 3 ,   2 ) , ( 2 ,   + ∞ )    f ( x ) = x 3 + 3 x 2 − x − 3 x 2 + x − 6 = ( x + 3 ) ( x 2 − 1 ) ( x + 3 ) ( x − 2 ) = x 2 − 1 x − 2    lim ⁡ x → 0 f ( x ) = lim ⁡ x → 0 x 2 − 1 x − 2 = 1 2    lim ⁡ x → − 3 f ( x ) = lim ⁡ x → − 3 x 2 − 1 x − 2 = − 8 5    lim ⁡ x → 2 f ( x ) = lim ⁡ x → 2 x 2 − 1 x − 2 , 而 lim ⁡ x → 2 x − 2 x 2 − 1 = 0 , 所 以 lim ⁡ x → 2 f ( x ) = ∞   x=3x=2f(x)  (, 3)(3, 2)(2, +)  f(x)=x3+3x2x3x2+x6=(x+3)(x21)(x+3)(x2)=x21x2  limx0f(x)=limx0x21x2=12  limx3f(x)=limx3x21x2=85  limx2f(x)=limx2x21x2limx2x2x21=0limx2f(x)=

      x=3x=2f(x)  (, 3)(3, 2)(2, +)  f(x)=x2+x6x3+3x2x3=(x+3)(x2)(x+3)(x21)=x2x21  x0limf(x)=x0limx2x21=21  x3limf(x)=x3limx2x21=58  x2limf(x)=x2limx2x21x2limx21x2=0x2limf(x)=


    2.   设 函 数 f ( x ) 与 g ( x ) 在 点 x 0 连 续 , 证 明 函 数 φ ( x ) = m a x { f ( x ) , g ( x ) } , ψ ( x ) = m i n { f ( x ) , g ( x ) }      在 点 x 0 也 连 续 。 2. f(x)g(x)x0φ(x)=max{f(x)g(x)}ψ(x)=min{f(x)g(x)}    x0
    2. f(x)g(x)x0φ(x)=max{f(x)g(x)}ψ(x)=min{f(x)g(x)}    x0

    解:

       φ ( x ) = m a x { f ( x ) , g ( x ) } = 1 2 [ f ( x ) + g ( x ) + ∣ f ( x ) − g ( x ) ∣ ] ,    ψ ( x ) = m i n { f ( x ) , g ( x ) } = 1 2 [ f ( x ) + g ( x ) − ∣ f ( x ) − g ( x ) ∣ ] 。    因 f ( x ) 在 点 x 0 连 续 , 则 ∣ f ( x ) ∣ 在 点 x 0 也 连 续 ; 由 于 连 续 函 数 的 和 、 差 仍 连 续 , 所 以 φ ( x ) 、 ψ ( x ) 在 点 x 0 也 连 续   φ(x)=max{f(x)g(x)}=12[f(x)+g(x)+|f(x)g(x)|]  ψ(x)=min{f(x)g(x)}=12[f(x)+g(x)|f(x)g(x)|]  f(x)x0|f(x)|x0φ(x)ψ(x)x0

      φ(x)=max{f(x)g(x)}=21[f(x)+g(x)+f(x)g(x)]  ψ(x)=min{f(x)g(x)}=21[f(x)+g(x)f(x)g(x)]  f(x)x0f(x)x0φ(x)ψ(x)x0


    3.   求 下 列 极 限 : 3. 
    3. 

       ( 1 )    lim ⁡ x → 0 x 2 − 2 x + 5 ;                              ( 2 )    lim ⁡ α → π 4 ( s i n   2 α ) 3 ;    ( 3 )    lim ⁡ x → π 6 l n ( 2 c o s   2 x ) ;                                 ( 4 )    lim ⁡ x → 0 x + 1 − 1 x ;    ( 5 )    lim ⁡ x → 1 5 x − 4 − x x − 1 ;                            ( 6 )    lim ⁡ x → α s i n   x − s i n   α x − α ;    ( 7 )    lim ⁡ x → + ∞ ( x 2 + x − x 2 − x ) ;             ( 8 )    lim ⁡ x → 0 ( 1 − 1 2 x 2 ) 2 3 − 1 x   l n ( 1 + x )   (1)  limx0x22x+5                            (2)  limαπ4(sin 2α)3  (3)  limxπ6ln(2cos 2x)                               (4)  limx0x+11x  (5)  limx15x4xx1                          (6)  limxαsin xsin αxα  (7)  limx+(x2+xx2x)           (8)  limx0(112x2)231x ln(1+x)

      (1)  x0limx22x+5                             (2)  α4πlim(sin 2α)3  (3)  x6πlimln(2cos 2x)                               (4)  x0limxx+1 1  (5)  x1limx15x4 x                           (6)  xαlimxαsin xsin α  (7)  x+lim(x2+x x2x )           (8)  x0limx ln(1+x)(121x2)321

    解:

       ( 1 )   lim ⁡ x → 0 x 2 − 2 x + 5 = lim ⁡ x → 0 ( x 2 − 2 x + 5 ) = 5    ( 2 )   lim ⁡ α → π 4 ( s i n   2 α ) 3 = ( lim ⁡ α → π 4 s i n   2 α ) 3 = ( s i n   π 2 ) 3 = 1    ( 3 )   lim ⁡ x → π 6 l n ( 2 c o s   2 x ) = l n ( lim ⁡ x → π 6 2 c o s   2 x ) = l n ( 2 c o s   π 3 ) = l n 1 = 0    ( 4 )   lim ⁡ x → 0 x + 1 − 1 x = lim ⁡ x → 0 x + 1 − 1 ( x + 1 + 1 ) ( x + 1 − 1 ) = lim ⁡ x → 0 1 x + 1 + 1 = 1 2    ( 5 )   lim ⁡ x → 1 5 x − 4 − x x − 1 = lim ⁡ x → 1 ( 5 x − 4 − x ) ( 5 x − 4 + x ) ( x − 1 ) ( 5 x − 4 + x ) = lim ⁡ x → 1 ( − x 2 − 5 x + 4 ( x − 1 ) ( 5 x − 4 + x ) ) =          lim ⁡ x → 1 ( − x − 4 5 x − 4 + x ) = 3 2    ( 6 )   lim ⁡ x → α s i n   x − s i n   α x − α = lim ⁡ x → α 2 s i n   x − α 2 c o s   x + α 2 x − α = lim ⁡ x → α s i n   x − α 2 x − α 2 ⋅ lim ⁡ x → α c o s   x + α 2 = c o s   α    ( 7 )   lim ⁡ x → + ∞ ( x 2 + x − x 2 − x ) = lim ⁡ x → + ∞ 2 x x 2 + x + x 2 − x = lim ⁡ x → + ∞ 2 1 + 1 x + 1 − 1 x = 1    ( 8 )   lim ⁡ x → 0 ( 1 − 1 2 x 2 ) 2 3 − 1 x   l n ( 1 + x ) = lim ⁡ x → 0 2 3 ⋅ ( − 1 2 x 2 ) x ⋅ x = − 1 3   (1) limx0x22x+5=limx0(x22x+5)=5  (2) limαπ4(sin 2α)3=(limαπ4sin 2α)3=(sin π2)3=1  (3) limxπ6ln(2cos 2x)=ln(limxπ62cos 2x)=ln(2cos π3)=ln1=0  (4) limx0x+11x=limx0x+11(x+1+1)(x+11)=limx01x+1+1=12  (5) limx15x4xx1=limx1(5x4x)(5x4+x)(x1)(5x4+x)=limx1(x25x+4(x1)(5x4+x))=        limx1(x45x4+x)=32  (6) limxαsin xsin αxα=limxα2sin xα2cos x+α2xα=limxαsin xα2xα2limxαcos x+α2=cos α  (7) limx+(x2+xx2x)=limx+2xx2+x+x2x=limx+21+1x+11x=1  (8) limx0(112x2)231x ln(1+x)=limx023(12x2)xx=13

      (1) x0limx22x+5 =x0lim(x22x+5) =5   (2) α4πlim(sin 2α)3=(α4πlimsin 2α)3=(sin 2π)3=1  (3) x6πlimln(2cos 2x)=ln(x6πlim2cos 2x)=ln(2cos 3π)=ln1=0  (4) x0limxx+1 1=x0lim(x+1 +1)(x+1 1)x+1 1=x0limx+1 +11=21  (5) x1limx15x4 x =x1lim(x1)(5x4 +x )(5x4 x )(5x4 +x )=x1lim((x1)(5x4 +x )x25x+4)=        x1lim(5x4 +x x4)=23  (6) xαlimxαsin xsin α=xαlimxα2sin 2xαcos 2x+α=xαlim2xαsin 2xαxαlimcos 2x+α=cos α  (7) x+lim(x2+x x2x )=x+limx2+x +x2x 2x=x+lim1+x1 +1x1 2=1  (8) x0limx ln(1+x)(121x2)321=x0limxx32(21x2)=31


    4.   求 下 列 极 限 : 4. 
    4. 

       ( 1 )    lim ⁡ x → ∞ e 1 x ;                                                ( 2 )    lim ⁡ x → 0 l n s i n   x x ;    ( 3 )    lim ⁡ x → ∞ ( 1 + 1 x ) x 2 ;                                 ( 4 )    lim ⁡ x → 0 ( 1 + 3 t a n 2   x ) c o t 2   x ;    ( 5 )    lim ⁡ x → ∞ ( 3 + x 6 + x ) x − 1 2 ;                              ( 6 )    lim ⁡ x → 0 1 + t a n   x − 1 + s i n   x x 1 + s i n 2   x − x ;    ( 7 )    lim ⁡ x → e l n   x − 1 x − e ;                                       ( 8 )    lim ⁡ x → 0 e 3 x − e 2 x − e x + 1 ( 1 − x ) ( 1 + x ) 3 − 1   (1)  limxe1x                                              (2)  limx0lnsin xx  (3)  limx(1+1x)x2                               (4)  limx0(1+3tan2 x)cot2 x  (5)  limx(3+x6+x)x12                            (6)  limx01+tan x1+sin xx1+sin2 xx  (7)  limxeln x1xe                                     (8)  limx0e3xe2xex+13(1x)(1+x)1

      (1)  xlimex1                                              (2)  x0limlnxsin x  (3)  xlim(1+x1)2x                               (4)  x0lim(1+3tan2 x)cot2 x  (5)  xlim(6+x3+x)2x1                            (6)  x0limx1+sin2 x x1+tan x 1+sin x   (7)  xelimxeln x1                                     (8)  x0lim3(1x)(1+x) 1e3xe2xex+1

    解:

       ( 1 )   lim ⁡ x → ∞ e 1 x = e lim ⁡ x → ∞ 1 x = e 0 = 1    ( 2 )   lim ⁡ x → 0 l n s i n   x x = l n ( lim ⁡ x → 0 s i n   x x ) = l n 1 = 0    ( 3 )   lim ⁡ x → ∞ ( 1 + 1 x ) x 2 = lim ⁡ x → ∞ [ ( 1 + 1 x ) x ] 1 2 = e 1 2 = e    ( 4 )   lim ⁡ x → 0 ( 1 + 3 t a n 2   x ) c o t 2   x = lim ⁡ x → 0 [ ( 1 + 3 t a n 2   x ) 1 3 c o t 2   x ] 3 = e 3    ( 5 )   lim ⁡ x → ∞ ( 3 + x 6 + x ) x − 1 2 = lim ⁡ x → ∞ [ ( 1 − 3 6 + x ) − 6 + x 3 ] − 3 2 ⋅ lim ⁡ x → ∞ ( 1 − 3 6 + x ) − 7 2 = e − 3 2    ( 6 )   lim ⁡ x → 0 1 + t a n   x − 1 + s i n   x x 1 + s i n 2   x − x = lim ⁡ x → 0 t a n   x − s i n   x x ( 1 + s i n 2   x − 1 ) ( 1 + t a n   x + 1 + s i n   x ) =          lim ⁡ x → 0 ( s i n   x x ⋅ s e c   x − 1 1 + s i n 2   x − 1 ⋅ 1 1 + t a n   x + 1 + s i n   x ) =          lim ⁡ x → 0 s i n   x x ⋅ lim ⁡ x → 0 1 2 x 2 1 2 s i n 2   x ⋅ lim ⁡ x → 0 1 1 + t a n   x + 1 + s i n   x = 1 2    ( 7 )   令 t = x − e , 则 x = t + e , 当 x → e 时 , t → 0 , lim ⁡ x → e l n   x − 1 x − e = lim ⁡ t → 0 l n ( t + e ) − l n   e t = lim ⁡ t → 0 l n ( 1 + t e ) t = 1 e    ( 8 )   lim ⁡ x → 0 e 3 x − e 2 x − e x + 1 ( 1 − x ) ( 1 + x ) 3 − 1 = lim ⁡ x → 0 ( e 2 x − 1 ) ( e x − 1 ) ( 1 − x 2 ) 1 3 − 1 = lim ⁡ x → 0 2 x ⋅ x − 1 3 x 2 = − 6   (1) limxe1x=elimx1x=e0=1  (2) limx0lnsin xx=ln(limx0sin xx)=ln1=0  (3) limx(1+1x)x2=limx[(1+1x)x]12=e12=e  (4) limx0(1+3tan2 x)cot2 x=limx0[(1+3tan2 x)13cot2 x]3=e3  (5) limx(3+x6+x)x12=limx[(136+x)6+x3]32limx(136+x)72=e32  (6) limx01+tan x1+sin xx1+sin2 xx=limx0tan xsin xx(1+sin2 x1)(1+tan x+1+sin x)=        limx0(sin xxsec x11+sin2 x111+tan x+1+sin x)=        limx0sin xxlimx012x212sin2 xlimx011+tan x+1+sin x=12  (7) t=xex=t+exet0limxeln x1xe=limt0ln(t+e)ln et=limt0ln(1+te)t=1e  (8) limx0e3xe2xex+13(1x)(1+x)1=limx0(e2x1)(ex1)(1x2)131=limx02xx13x2=6

      (1) xlimex1=exlimx1=e0=1  (2) x0limlnxsin x=ln(x0limxsin x)=ln1=0  (3) xlim(1+x1)2x=xlim[(1+x1)x]21=e21=e   (4) x0lim(1+3tan2 x)cot2 x=x0lim[(1+3tan2 x)31cot2 x]3=e3  (5) xlim(6+x3+x)2x1=xlim[(16+x3)36+x]23xlim(16+x3)27=e23  (6) x0limx1+sin2 x x1+tan x 1+sin x =x0limx(1+sin2 x 1)(1+tan x +1+sin x )tan xsin x=        x0lim(xsin x1+sin2 x 1sec x11+tan x +1+sin x 1)=        x0limxsin xx0lim21sin2 x21x2x0lim1+tan x +1+sin x 1=21  (7) t=xex=t+exet0xelimxeln x1=t0limtln(t+e)ln e=t0limtln(1+et)=e1  (8) x0lim3(1x)(1+x) 1e3xe2xex+1=x0lim(1x2)311(e2x1)(ex1)=x0lim31x22xx=6


    5.   设 f ( x ) 在 R 上 连 续 , 且 f ( x ) ≠ 0 , φ ( x ) 在 R 上 有 定 义 , 且 由 间 断 点 , 则 下 列 陈 述 中 哪 些 是 对 的 ,       哪 些 是 错 的 ? 如 果 是 对 的 , 试 说 明 理 由 ; 如 果 是 错 的 , 试 给 出 要 给 反 例 。 5. f(x)Rf(x)0φ(x)R     
    5. f(x)Rf(x)=0φ(x)R     

       ( 1 )    φ [ f ( x ) ] 必 有 间 断 点 ;                              ( 2 )    [ φ ( x ) ] 2 必 有 间 断 点 ;    ( 3 )    f [ φ ( x ) ] 未 必 有 间 断 点 ;                          ( 4 )    φ ( x ) f ( x ) 必 有 间 断 点   (1)  φ[f(x)]                            (2)  [φ(x)]2  (3)  f[φ(x)]                        (4)  φ(x)f(x)

      (1)  φ[f(x)]                            (2)  [φ(x)]2  (3)  f[φ(x)]                        (4)  f(x)φ(x)

    解:

       ( 1 )   错 的 , φ ( x ) = s g n   x , f ( x ) = e x , φ [ f ( x ) ] ≡ 1 在 R 上 连 续    ( 2 )   错 的 , φ ( x ) = { 1 ,     x ∈ Q , − 1 , x ∈ R \ Q , [ φ ( x ) ] 2 ≡ 1 在 R 上 连 续    ( 3 )   对 的 , φ ( x ) = { 1 ,     x ∈ Q , − 1 , x ∈ R \ Q , f ( x ) = ∣ x ∣ + 1 , f [ φ ( x ) ] ≡ 2 在 R 上 连 续    ( 4 )   对 的 , 如 果 F ( x ) = φ ( x ) f ( x ) 在 R 上 连 续 , 则 φ ( x ) = F ( x ) ⋅ f ( x ) 也 在 R 上 连 续 , 与 已 知 矛 盾   (1) φ(x)=sgn xf(x)=exφ[f(x)]1R  (2) φ(x)={1   xQ1xR\Q[φ(x)]21R  (3) φ(x)={1   xQ1xR\Qf(x)=|x|+1f[φ(x)]2R  (4) F(x)=φ(x)f(x)Rφ(x)=F(x)f(x)R

      (1) φ(x)=sgn xf(x)=exφ[f(x)]1R  (2) φ(x)=1   xQ1xR\Q[φ(x)]21R  (3) φ(x)=1   xQ1xR\Qf(x)=x+1f[φ(x)]2R  (4) F(x)=f(x)φ(x)Rφ(x)=F(x)f(x)R


    6.   设 函 数 f ( x ) = { e x ,       x < 0 , α + x , x ≥ 0 应 当 怎 样 选 择 数 α , 才 能 使 得 f ( x ) 成 为 在 ( − ∞ ,   + ∞ ) 内 的 连 续 函 数 。 6. f(x)={ex     x<0α+xx0α使f(x)( +)
    6. f(x)=ex     x<0α+xx0α使f(x)( +)

    解:

       由 于 初 等 函 数 的 连 续 性 , f ( x ) 在 ( − ∞ , 0 ) 和 ( 0 , + ∞ ) 内 连 续 , 所 以 要 使 f ( x ) 在 ( − ∞ , + ∞ ) 内 连 续 ,    只 要 选 择 数 α , 使 f ( x ) 在 x = 0 处 连 续 即 可 。    在 x = 0 处 , lim ⁡ x → 0 − f ( x ) = lim ⁡ x → 0 − e x = 1 , lim ⁡ x → 0 + f ( x ) = lim ⁡ x → 0 + ( α + x ) = α , f ( 0 ) = α ,    取 α = 1 , 则 lim ⁡ x → 0 − f ( x ) = lim ⁡ x → 0 + f ( x ) = f ( 0 ) = 1 , 所 以 取 α = 1 , f ( x ) 就 成 为 在 ( − ∞ , + ∞ ) 内 的 连 续 函 数   f(x)(0)(0+)使f(x)(+)  α使f(x)x=0  x=0limx0f(x)=limx0ex=1limx0+f(x)=limx0+(α+x)=αf(0)=α  α=1limx0f(x)=limx0+f(x)=f(0)=1α=1f(x)(+)

      f(x)(0)(0+)使f(x)(+)  α使f(x)x=0  x=0x0limf(x)=x0limex=1x0+limf(x)=x0+lim(α+x)=αf(0)=α  α=1x0limf(x)=x0+limf(x)=f(0)=1α=1f(x)(+)

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