2015中科大数学分析试题与解答

2015¥‰ŒêÆÛÁK †) ‰

morrismodel January 11, 2015

1. ¦

x →+∞sin x lim 1

x |sin t |dt. 0

) .

1 x x →+∞x t |dt =lim 1 x

lim sin |sin |sin t |dt. 0x →+∞x 0

2n (n +1) π=1

(n +1) π|sin t |dt

x

1 x |sin t |dt 0

≤1 (n +1)πnπ|sin t |dt 0=2(n +1) nπ

.

¤±

x →lim +∞sin 1 x x |sin t |dt =2

. 0

π

1

2. O Ž -È

(x 2+y 2) dxdy,

D

Ù¥D =

x 2y 2

(x, y ) :+≤1.

a b

) . 4‹I “†:

x =ar cos θ,y =br sin θ,

K k

D

0≤r ≤1, 0≤θ≤2π.

(x +y ) dxdy =

22

1

abrdr

(a 2r 2cos 2θ+b 2r 2sin 2θ) dθ

π

=ab (a 2+b 2)

. 4

3. ¦

f (x, y ) =x y

3+1+y

x +y ≤1x, y ≥0

þ •ŒŠ.

) . N ´•

g (x ) =

f (x, y ) ≤x

3[0, 1]þ4O , x 1−x

=:h (x ) . +3

3

h (x ) =(1+x 2) −−(1+(1−x ) 2) −.

11

0

112

f (, ) =

. 222

4. ¦

1

(xy 2+x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy,

S

3Ù¥S •x 2+y 2+z 2=R 2, z ≥0, •••þ.

) . E -¡

T •x 2+y 2≤R 2, z =0, •••e. d Gauss úª:

(xy 2+1

x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3S 3dxdy

+

(xy 2+1

x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy =

T 3(y 2+x 2+z 2) dxdydz {x 2+y 2+z 2≤R 2,z>0}=

1

2(x 2+y 2+z 2) dxdydz {x 2+y 2+z 2≤R 2}=2π55

R .

(xy 2+1

x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy =−πR5T

3.

¤±

(xy 2+17π5

S

3x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy =5R .

5. ¦

1

1+x dx, n >1. 0

) . ·y =

1,

K k ∞

1 0

111−10

1+x dx =−y (−1) 1dy =1

1

n y y 1

y −1−y ) 1(1−1n dy 0=1n B (1n , 1−1n ) =πn sin . 3

6. y ²:

1

tan n xdx

1

, n >0. 2n +2

2n

y . ·y =tan x , K

tan n

xdx =

1

y n

dy

1

y n 0

1+y

2n

. , ˜•¡,

1

y n

1

y n 0

1+y 2dy >02dy =12n +2

. 7. ? Ø? ê

∞(√−√) α

cos n n =1

^‡ÂñÚýéÂñ5.

) . α≤0ž, ϑتu 0, l ØÂñ;

α>2ž,

|(√−√) αcos n |=|cos n |−α(+)

α≤n .

l ? êýéÂñ;

0

k cos n n =1

sin 1−sin 2k +1 1 =2sin ≤, sin (√−√) α=(1

+) α

üN4~ª•u 0, 4

l ? êÂñ. ´

k k (√−√α|cos n |≥ (√−√) αcos 2n n =1

n =1

k =

1

(√2

−√α

n =1

−1 k

√2

(√

−) αcos 2n. n =1

´•

∞(√−√

) αcos 2n Âñ, ∞(√−√

) αu Ñ, n =1

n =1

l

∞(√−√

) α|cos n |u Ñ. n =1

¤± 0

.

8. α∈(0, 1), {a n }•î‚4O ‘ê , …{a n +1−a n }k . , ¦

n lim →∞

a αn +1−a αn .

) . X J {a n }Ã. , |a n +1−a n |

a αn +1−a αn =α(a n +1−a n ) ξαn −1≤αMaαn

−1

→0. X J {a n }k . , ´•a n +1−a n →0. K

a αn +1−a αn =α(a n +1−a n ) ξαn −1≤αaα1

−1(a n +1−a n ) →0. ¤±o k

lim a αn +1−a α

n n →∞

=0

.

5

9. f ∈C [0, 1],0≤f (x ) ≤x , ¦y :

1

1

2

x 2f (x ) dx ≥

f (x ) dx

.

¿¦Ñ Ò¤áž, ¤k ëY ¼êf (x ). y . ·

g (x ) =

x

t 2 x

2

f (t ) dt −

f (t ) dt .

K

g

(x ) =x 2

f (x ) −2f (x )

x

f (t ) dt

f (x ) x 2−2 x

=f (t ) dt

x

≥f (x ) x 2−2tdt

=0.

l

1

2x 2f (x ) dx −

1

f (x ) dx

00

=g (1)−g (0)=

1

g (x ) dx ≥0.

0 Ò¤á …= é? Ûx ∈ (0, 1), x

f (x ) x 2−2

f (t ) dt

=0.

X J f ≡0, K þªw , ¤á. ÄK , •3x 0∈(0, x 2 1), f (x 0) =0. K

x 0

0−2

f (t ) dt ⇒f (t ) =t, ∀t ∈(0, x 0) . 0

½Â

t 0=inf {s ∈[0, 1]:f (t ) >0, ∀t ∈(0, s ) }.

X J t 0

f (t 0) =0…f (t ) =t, ∀t ∈(0, t 0) ,

ù†f 3t 0? ëY g ñ. t 0=1…f (t ) =t, ∀t ∈(0, 1).

n þ, Ò¤á …= f (x ) =0½öf (x ) =x

.

6

10. f (x ) 3[a, +∞) þëY Œ‡,

lim sup |f (x ) +f (x ) |≤M

x →+∞

¦y :

lim x →+sup ∞

|f (x ) |≤M.

y . ? ¿ε>0, •3A >a , x >A ž,

−M −ε

d Cauchy ¥Š½n , •3ξx ∈[A, x ]¦

f (x ) e x −f (A ) e A (f (ξx ) +f (ξx )) e ξx

e −e =

e x

=f (ξx ) +f (ξx ) ∈[−M −ε,M +ε].

lim f (x →+sup ∞f (x ) =lim x →+sup x ) e x

∞e −e

=lim f (x ) e x −f (A ) e A

x →+sup

∞e x −e A ≤M +ε.

Ón ,

lim x →+inf ∞

f (x ) ≥−M −ε.

=

lim x →+sup ∞

(−f (x )) ≤M +ε.

l

lim x →+sup ∞

|f (x ) |≤M +ε.

2d ε>0 ? ¿5Œ•:

lim x →+sup ∞

|f (x ) |≤

M.

7

2015¥‰ŒêÆÛÁK †) ‰

morrismodel January 11, 2015

1. ¦

x →+∞sin x lim 1

x |sin t |dt. 0

) .

1 x x →+∞x t |dt =lim 1 x

lim sin |sin |sin t |dt. 0x →+∞x 0

2n (n +1) π=1

(n +1) π|sin t |dt

x

1 x |sin t |dt 0

≤1 (n +1)πnπ|sin t |dt 0=2(n +1) nπ

.

¤±

x →lim +∞sin 1 x x |sin t |dt =2

. 0

π

1

2. O Ž -È

(x 2+y 2) dxdy,

D

Ù¥D =

x 2y 2

(x, y ) :+≤1.

a b

) . 4‹I “†:

x =ar cos θ,y =br sin θ,

K k

D

0≤r ≤1, 0≤θ≤2π.

(x +y ) dxdy =

22

1

abrdr

(a 2r 2cos 2θ+b 2r 2sin 2θ) dθ

π

=ab (a 2+b 2)

. 4

3. ¦

f (x, y ) =x y

3+1+y

x +y ≤1x, y ≥0

þ •ŒŠ.

) . N ´•

g (x ) =

f (x, y ) ≤x

3[0, 1]þ4O , x 1−x

=:h (x ) . +3

3

h (x ) =(1+x 2) −−(1+(1−x ) 2) −.

11

0

112

f (, ) =

. 222

4. ¦

1

(xy 2+x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy,

S

3Ù¥S •x 2+y 2+z 2=R 2, z ≥0, •••þ.

) . E -¡

T •x 2+y 2≤R 2, z =0, •••e. d Gauss úª:

(xy 2+1

x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3S 3dxdy

+

(xy 2+1

x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy =

T 3(y 2+x 2+z 2) dxdydz {x 2+y 2+z 2≤R 2,z>0}=

1

2(x 2+y 2+z 2) dxdydz {x 2+y 2+z 2≤R 2}=2π55

R .

(xy 2+1

x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy =−πR5T

3.

¤±

(xy 2+17π5

S

3x 3) dydz +yz 2dzdx +R 3dxdy =5R .

5. ¦

1

1+x dx, n >1. 0

) . ·y =

1,

K k ∞

1 0

111−10

1+x dx =−y (−1) 1dy =1

1

n y y 1

y −1−y ) 1(1−1n dy 0=1n B (1n , 1−1n ) =πn sin . 3

6. y ²:

1

tan n xdx

1

, n >0. 2n +2

2n

y . ·y =tan x , K

tan n

xdx =

1

y n

dy

1

y n 0

1+y

2n

. , ˜•¡,

1

y n

1

y n 0

1+y 2dy >02dy =12n +2

. 7. ? Ø? ê

∞(√−√) α

cos n n =1

^‡ÂñÚýéÂñ5.

) . α≤0ž, ϑتu 0, l ØÂñ;

α>2ž,

|(√−√) αcos n |=|cos n |−α(+)

α≤n .

l ? êýéÂñ;

0

k cos n n =1

sin 1−sin 2k +1 1 =2sin ≤, sin (√−√) α=(1

+) α

üN4~ª•u 0, 4

l ? êÂñ. ´

k k (√−√α|cos n |≥ (√−√) αcos 2n n =1

n =1

k =

1

(√2

−√α

n =1

−1 k

√2

(√

−) αcos 2n. n =1

´•

∞(√−√

) αcos 2n Âñ, ∞(√−√

) αu Ñ, n =1

n =1

l

∞(√−√

) α|cos n |u Ñ. n =1

¤± 0

.

8. α∈(0, 1), {a n }•î‚4O ‘ê , …{a n +1−a n }k . , ¦

n lim →∞

a αn +1−a αn .

) . X J {a n }Ã. , |a n +1−a n |

a αn +1−a αn =α(a n +1−a n ) ξαn −1≤αMaαn

−1

→0. X J {a n }k . , ´•a n +1−a n →0. K

a αn +1−a αn =α(a n +1−a n ) ξαn −1≤αaα1

−1(a n +1−a n ) →0. ¤±o k

lim a αn +1−a α

n n →∞

=0

.

5

9. f ∈C [0, 1],0≤f (x ) ≤x , ¦y :

1

1

2

x 2f (x ) dx ≥

f (x ) dx

.

¿¦Ñ Ò¤áž, ¤k ëY ¼êf (x ). y . ·

g (x ) =

x

t 2 x

2

f (t ) dt −

f (t ) dt .

K

g

(x ) =x 2

f (x ) −2f (x )

x

f (t ) dt

f (x ) x 2−2 x

=f (t ) dt

x

≥f (x ) x 2−2tdt

=0.

l

1

2x 2f (x ) dx −

1

f (x ) dx

00

=g (1)−g (0)=

1

g (x ) dx ≥0.

0 Ò¤á …= é? Ûx ∈ (0, 1), x

f (x ) x 2−2

f (t ) dt

=0.

X J f ≡0, K þªw , ¤á. ÄK , •3x 0∈(0, x 2 1), f (x 0) =0. K

x 0

0−2

f (t ) dt ⇒f (t ) =t, ∀t ∈(0, x 0) . 0

½Â

t 0=inf {s ∈[0, 1]:f (t ) >0, ∀t ∈(0, s ) }.

X J t 0

f (t 0) =0…f (t ) =t, ∀t ∈(0, t 0) ,

ù†f 3t 0? ëY g ñ. t 0=1…f (t ) =t, ∀t ∈(0, 1).

n þ, Ò¤á …= f (x ) =0½öf (x ) =x

.

6

10. f (x ) 3[a, +∞) þëY Œ‡,

lim sup |f (x ) +f (x ) |≤M

x →+∞

¦y :

lim x →+sup ∞

|f (x ) |≤M.

y . ? ¿ε>0, •3A >a , x >A ž,

−M −ε

d Cauchy ¥Š½n , •3ξx ∈[A, x ]¦

f (x ) e x −f (A ) e A (f (ξx ) +f (ξx )) e ξx

e −e =

e x

=f (ξx ) +f (ξx ) ∈[−M −ε,M +ε].

lim f (x →+sup ∞f (x ) =lim x →+sup x ) e x

∞e −e

=lim f (x ) e x −f (A ) e A

x →+sup

∞e x −e A ≤M +ε.

Ón ,

lim x →+inf ∞

f (x ) ≥−M −ε.

=

lim x →+sup ∞

(−f (x )) ≤M +ε.

l

lim x →+sup ∞

|f (x ) |≤M +ε.

2d ε>0 ? ¿5Œ•:

lim x →+sup ∞

|f (x ) |≤

M.

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