一、选择题2. 对无穷级数

和

,下列命题成立的是______
A.

中至少一个收敛.
B.

中至少一个发散.
C.若

,则

收敛时

收敛.
D.若

,则

发散时

发散.
A B C D
B
[解析] 对选项A:取

,b
n=1,则

,但

均发散,故排除A.
对选项C:取

,则

,且

收敛,但

发散,故排除C.
对选项D:取

,则

,且

发散,但

收敛.
故排除D.
对选项B:用反证法.若级数

均收敛,则

,从而

,与假设条件矛盾.因此,若

,则

中至少一个发散,即选项B正确.
3. 设曲线L:f(x,y)=1(f(x,y)具有一阶连续偏导数),过第Ⅱ象限内的点M和第Ⅳ象限内的点N,Γ为L上从点M到点N的一段弧,则下列积分小于零的是______
A.

B.

C.

D.

A B C D
B
[解析] 在Γ上f(x,y)=1,M在第Ⅱ象限,N在第Ⅳ象限,因此M点的纵坐标y
M大于N点的纵坐标y
N,因此

故应选B.
4. 在力场

的作用下,一质点沿圆周x
2+y
2=1逆时针运动一周所作的功为______
A.

B.

C.

D.

A B C D
D
[解析] 所求功为

故选D.
5. 设

,则下列命题正确的是______
A.若

条件收敛,则

与

都收敛.
B.若

绝对收敛,则

与

都收敛.
C.若

条件收敛,则

与

的敛散性都不定.
D.若

绝对收敛,则

与

的敛散性都不定.
A B C D
B
[解析]

绝对收敛,即

收敛,则级数

收敛,由收敛级数的运算性质,得级数

都收敛.故应选B.
6. 设u
n>0,n=1,2,…,若

发散,

收敛,则下列结论正确的是______
A.

收敛,

发散.
B.

发散,

收敛.
C.

收敛.
D.

收敛.
A B C D
D
[解析] 由于

收敛,又

由性质收敛级数加括号不改变其收敛性知,级数

收敛,故应选D.
如令

,显然

发散,

收敛.
但是级数

均发散,可排除A、B、C.
7. 设a
n>0(n=1,2,3,…),且

收敛,常数

,则级数

______
- A.绝对收敛.
- B.条件收敛.
- C.发散.
- D.敛散性与λ有关.
A B C D
A
[解析] 由于

为正项级数且收敛,则级数

收敛,而

则

收敛,故

绝对收敛.
9. 设φ
1(x),φ
2(x),φ
3(x)为二阶非齐次线性方程y"+a
1(x)y'+a
2(x)y=f(x)的三个线性无关解,则该方程的通解为______
- A.C1[φ1(x)+φ2(x)]+C2φ3(x).
- B.C1[φ1(x)-φ2(x)]+C2φ3(x).
- C.C1[φ1(x)+φ2(x)]+C3[φ1(x)-φ3(x)].
- D.C1φ1(x)+C2φ2(x)+C3φ3(x),其中C1+C2+C3=1.
A B C D
D
[解析] 因为φ1(x),φ2(x),φ3(x)为方程y"+a1(x)y'+a2(x)y=f(x)的三个线性无关解,所以φ1(x)-φ3(x),φ2(x)-φ3(x),为方程y"+a1(x)y'+a2(x)y=0的两个线性无关解,于是方程y"+a1(x)y'+a2(x)y=f(x)的通解为
C1[φ1(x)-φ3(x)]+C2[φ2(x)-φ3(x)]+φ3(x),
即C1φ1(x)+C2φ2(x)+C3φ3(x),其中C3=1-C1-C2或C1+C2+C3=1,选D.
10. 设二阶常系数齐次线性微分方程y"+by'+y=0的每一个解y(x)都在区间(0,+∞)上有界,则实数b的取值范围是______
- A.[0,+∞).
- B.(-∞,0).
- C.(-∞,4].
- D.(-∞,+∞).
A B C D
A
[解析] 因为特征方程为λ
2+bλ+1=0,其判别式为Δ=b
2-4.
当b≠±2时,微分方程的通解为

.所以
当b
2-4>0时,要使解y(x)在(0,+∞)上有界,只需要

,即b>2;
当b
2-4<0时,要使解y(x)在(0,+∞)上有界,只需要

的实部大于或等于零,即0≤b<2;
当b=2时,解y(x)=(c
1+c
2x)e
-x在区间(0,+∞)上有界;
当b=-2时,解y(x)=(c
1+c
2x)e
x在区间(0,+∞)上无界;
综上所述,当且仅当b≥0时,微分方程y"+by'+y=0的每一个解y(x)都在区间(0,+∞)上有界,故选A.
二、解答题1. 设f(x),g(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内二阶可导,f(a)=f(b)=0,f'
+(a)f'
-(b)>0,且g(x)≠0(x∈[a,b]),g"(x)≠0(a<x<b),证明:存在ξ∈(a,b),使得

不失一般性,设f'
+(a)>0,f'
-(b)>0.
由f'
+(a)>0知,存在x
1∈(a,b),使得f(x
1)>f(a)=0;
由f'
-(b)>0知,存在x
2∈(a,b),使得f(x
2)<f(b)=0;
因为f(x
1)f(x
2)<0,所以由零点定理,存在c∈(a,b),使得f(c)=0.
令

,显然h(x)在[a,b]上连续,有h(a)=h(c)=h(b)=0.
存在ξ
1∈(a,c),ξ
2∈(c,b),使得h'(ξ
1)=h'(ξ
2)=0.
而

,所以

令φ(x)=f'(x)g(x)-f(x)g'(x),则φ(ξ
1)=φ(ξ
2)=0.
由罗尔定理,存在

,使得φ'(ξ)=0,而
φ'(x)=f"(x)g(x)-f(x)g"(x),
所以

设f(x)在(-a,a)(a>0)内连续,且f'(0)=2.2. 证明:对0<x<a,存在0<θ<1,使得

令

,显然F(x)在[0,x]上可导,且F(0)=0,由微分中值定理,存在0<θ<1,使得F(x)=F(x)-F(0)=F'(θx)x,即

3. 求

注意题设条件中有f'(0)=2,观察上式右边,要想出现f'(0)项,则须出现

项,因此将上式两边同除以x
2并取极限,得

又

于是

4. 设f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,且f(a)=f(b)=1,试证存在两点ε,η∈(a,b),使得(e
2a+e
a+b+e
2b)[f(ξ)+f'(ξ)]=3e
3η-ξ.
对于这类问题的证明,关键是找对辅助函数.通常我们利用原函数法来求辅助函数,先对要证明的结果进行分析

先对g(x)=e
3x用拉格朗日中值定理,再对F(x)=e
xf(x)用拉格朗日中值定理,然后乘以常数(e
2a+e
a+b+e
2b)可得待证的等式.
令g(x)=e
3x,则g(x)=e
3x在[a,b]上满足拉格朗日中值定理条件.
由拉格朗日中值定理,存在点η∈(a,b),使得

即

令F(x)=e
xf(x),由拉格朗日中值定理,存在点ξ∈(a,b),使得

由f(b)=f(a)=1,可得

两边同时乘以(e
2a+e
a+b+e
2b),得

代入式①,可得(e
2a+e
a+b+e
2b)[f(ξ)+f'(ξ)]=3e
3η-ξ.
5. 设函数f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可微,若a≥0,证明在(a,b)内存在三个数x
1,x
2,x
3,使

观察原等式可得

而由拉格朗日中值定理
f'(x
1)(b-a)=f(b)-f(a),
则有

设g(x)=x
2,当a≥0时,f(x)和g(x)在[a,b]上满足柯西中值定理,故

使

即

分析同上,对于右边等式,可设φ(x)=x
3,当a≥0时,f(x)和φ(x)在[a,b]上满足柯西定理的条件,故

,使

即

同样地,由拉格朗日中值定理知,必

,使

综合式①、②、③可得

即得所证.
设f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,且f'(x)>0,若
存在,证明:6. 在(a,b)内,f(x)>0;
由x→a时,x-a→0,f'(x)在[a,b]上连续,及

存在,且连续函数在某点的极限值等于该函数在此点的函数值.
故

而f'(x)>0,所以f(x)在[a,b]上严格单调递增,故
f(x)>f(a)=0.
7.

解法一:使用柯西中值定理
令g(x)=x
2,

,则F'(x)=f(x),故在[a,b]上,g(x)与F(x)满足柯西定理的条件,存在ξ∈(a,b),使

即得所证.
解法二:使用罗尔定理
令

,设

则φ(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,且

故φ(x)在[a,b]上满足罗尔定理条件,存在ξ∈(a,b),使

由F'(x)=f(x)及

,即得所证.
8. 存在ξ≠η∈(a,b),使

由第二小题中结论可知

而f(a)=0,故在[a,ξ]上由拉格朗日中值定理知

,使f(ξ)=f'(η)(ξ-a),
代入上式得

9. 设a
1,a
2,…,a
n为常数,且

,

,试证明

记

,显然,函数f(x)、g(x)连续,且
f(0)=g(0)=0,

对任意一点x,函数f(x)与g(x)分别在[0,x]或[x,0]上应用拉格朗日中值定理有
f(x)-f(0)=f'(ξ
1)x,g(x)-g(0)=g'(ξ
2)x,
其中ξ
1,ξ
2在0与x之间,因此由题设条件得

对上式两边令x→0,有ξ
1→0,ξ
2→0,使得

原结论成立.
10. 设函数f(x)在区间[a,b]上具有三阶连续导数,求证:存在ξ∈(a,b),使得

在带拉格朗日余项的泰勒公式

中分别取x=a与x=b,并取

,可得

两式相减得

当f'"(ξ
1)=f'"(ξ
2)时取ξ=ξ
1(或ξ=ξ
2),否则由f'"(x)的连续性知存在ξ∈(ξ
1,ξ
2),
使得

,代入上式即得存在

,使得

11. 已知a≤x≤b时,f'(x)>0,f"(x)>0,证明:

先证明左半边不等式.
由积分中值定理得

又因为f'(x)>0,所以f(ξ)>f(a).
所以

再证明右半边不等式.
可尝试构造函数并用单调性证明之.
设

则

由f"(x)>0,知F"(x)>0,故F'(x)单调增加,F'(x)>F'(a)=0.
所以F(x)单调递增,F(b)>F(a)=0,即

所以

12. 已知f(x)在[a,b]上有连续的二阶导数,且f"(x)<0,f(a)=f(b)=0.试证:在(a,b)内f(x)>0,且

由f"(x)<0司知,f(x)在[a,b]上是凸函数,由凸函数性质知,f(x)在(a,b)内的图形位于(a,f(a))和(b,f(b))之间的线段之上,即x轴之上,所以在(a,b)内f(x)>0.
由上可知,存在一点c∈(a,b),使得

,由拉格朗日中值定理得
f(c)-f(a)=f'(ξ
1)(c-a),即

f(b)-f(c)=f'(ξ
2)(b-c),即

则

13. 设f(x)在[0,1]上具有二阶导数,且满足条件|f(x)|≤a,|f"(x)|≤b,其中a,b都是非负常数,c是(0,1)内任意一点,证明:

由于问题中涉及f(x)与其导致、二阶导数的关系,可考虑用勒公式证明之.f(x)在c处的泰勒展开式为

其中ξ在c与x之间.
取x=0,1得

两式相减得

由此
