1.设 在 上连续, 且 ,证明:
(1) 设 , 则 , 使得 ;
(2) 在 上有界.
证. (1)由 得对 ,,当时,有
即
故对 ,有
因此只要取,当时,就有
现在取,使得,又因为,即对,,当时,有
即
故对,有
因此只要取,当时,就有
现取,使得,因为在上连续,由介值定理得存在,使得
(2) 对,当时,有
对,当时,有
令,则当时有
当时有
因为,由最值定理得,存在最小值与最大值,使得
令,,对有
所以在有界.
2.求
解. 记数列的第项为 ,那么有 ,其中,于是问题就转化为求 .下面用数学归纳法证明:.
(1) 当时, 成立;
(2) 当时,假设 成立,则时,
因此 对都成立,令 ,则有
于是在上递增,又因为
于是,即
于是得数列单调递增,又因为 有上界,故由单调有界原理知存在,设其值为,对递推式两端取极限得
解得 并且是方程唯一的根,故
3.设函数 在 上二阶可导, .
(1) 方程 在 内至少有一个实根;
(2) 方程 在 内至少有两个不同的实根.
证. (1)] 因为,所以由极限的局部保号性知,有.不妨设,而且在上连续,由零点存在定理可知存在使得,即方程在内至少有一个实根;
(2) 由题意可知.且在上满足罗尔定理的条件,所以存在点使得,构造函数, 则有
分别在上使用罗尔定理得:存在点使得,存在点使.因此方程在内至少有两个不同的实根.
4.设 , 在闭区间 上单调递增, 且 . 则存在 使得 .
证. 由题设与分别位于直线的上下方,取中点,若点在直线上,存在闭区套使两端点位于直线上下各一点,有
由闭区间套定理,总存在,且.
根据在上单调递增,对有,且
又,即
因此.
5.设 在 上有连续的导函数, 且
求证: .
证. 对,,当,有,构造,由柯西中值定理,存在使得
即
由可知,即证.
6.设 在 上连续, 且 , 证明
证. 由可得
然后由在上连续,最小值为知存在使得,那么,存在使得有.令则有,那么
由的任意性
则
因此极限存在,且
7.设 , 从 轴的正向去看它的逆时针方向取为正向, 计算曲线积分
解. 取为平面,取上侧,则面的投影为椭圆区域
也就有因此由Stokes公式可得
8.设 在原点附近二次连续可微, 证明
证. 由泰勒公式可得
由于在原点附近二次连续可微,故其二阶偏导数在原点附近有界,因此由,则有
故
其中,由连续性,可得
9.若二元函数 及其偏导数 在矩形区域 上连续, 则函数 在 上可微, 且 .
证. 设,对充分小的,有 ,于是
由微分中值定理及在有界闭域上连续,从而一致连续,即有,只要,有
其中,所以当时
所以在 上有.
10.讨论级数
收敛性, 并求级数的和.
解. 易知当时,级数发散;当,则由Dirichlet判别法知级数发散.为了求的和,我们要考虑幂级数,其中收敛半径,即,有
可得
因此
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