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@ -0,0 +1,87 @@
>[!example] **例1**2020
>有一个正圆锥形漏斗,深度 $18 \text{ cm}$ ,上端口直径为 $12 \text{ cm}$ (即半径 $6 \text{ cm}$ )。漏斗下方连接一个圆柱形筒,圆柱筒直径为 $10 \text{ cm}$ (即半径 $5 \text{ cm}$ )。初始时刻漏斗内盛满水,然后水从漏斗流入圆柱筒。已知当漏斗中水深为 $12 \text{ cm}$ 时,漏斗水面下降的速度是 $1 \text{ cm/min}$
问:此时圆柱筒内液面上升的速度是多少?
**解析**:
设 t s时漏斗水深为 h cm圆柱形容器的水深为 H cm则有
$$\pi 5^2 H = V_0 - \frac{1}{3} \pi \left( \frac{6}{18} h \right)^2 h$$
关于 t 求导数得
$$25 \frac{dH}{dt} = -\frac{1}{9} h^2 \frac{dh}{dt}$$
当 h = 12, $\frac{dh}{dt} = -1$ 时,
$$\frac{dH}{dt} = \frac{16}{25} \text{(cm/s)}$$
>[!example] **例2** (2021)
>一长为 L 米的木梯靠在倾角为$\frac{\pi}{3}$的光滑斜坡上,木梯的顶部距离 A 点 h 米,底部距离 A 点 d 米,受重力作用木梯的顶部以 $a \, \mathrm{m/s}$ 的速度沿直线 BA 下滑,底部水平向右运动。问:当木梯的顶部和底部与 A 点的距离相等时,底部的水平速度为多少?
>![[2dc97df311b6179d9c28babc1848adfc.jpg]]
**解析:**
设运动 t 秒后,木梯的顶部距离 A 点 $y(t) \, \mathrm{m}$ ,底部距离 A 点 $x(t) \, \mathrm{m}$ 。由图易知
$$\left(y(t)\sin\frac{\pi}{3}\right)^2 + \left(x(t)+y(t)\cos\frac{\pi}{3}\right)^2 = L^2$$
$$x^2(t)+y^2(t)+x(t)y(t)=L^2$$
方程两端分别对 t 求导,可得
$$2x(t)x'(t)+2y(t)y'(t)+x(t)y'(t)+x'(t)y(t)=0$$
由于 $y'(t)=-a \, (\mathrm{m/s})$ ,因此当 x(t)=y(t) 时,有
$$2x'(t)-2a-a+x'(t)=0$$
故 $$x'(t)=a \, (\mathrm{m/s})$$
>[!example] **例3**2023
>有一个长度为5m的梯子贴靠在铅直的墙上假设其下端沿地板以3m/s的速率离开墙脚而滑动
(1) 何时梯子的上、下端能以相同的速率移动?
(2) 何时其上端下滑之速率为4m/s
**解析:**
设在时刻 t ,梯子上端与墙角的距离为 $x(t) \, \mathrm{m}$ ,下端与墙角的距离为 $y(t) \, \mathrm{m}$ ,则
$$x^2 + y^2 = 25$$
两端同时对 t 求导数可得
$$x \frac{dx}{dt} + y \frac{dy}{dt} = 0$$
(1) 当$\frac{dx}{dt} = -\frac{dy}{dt}$ 时,可得 x = y ,进而 $y = \frac{5}{\sqrt{2}} \, (\mathrm{m})$
即下端距墙脚 $\frac{5}{\sqrt{2}} \, \mathrm{m}$ 时上下端能以相同的速率移动。
(2) 当 $\frac{dy}{dt} = -4 \, (\mathrm{m/s})$ $\frac{dx}{dt} = 3 \, (\mathrm{m/s})$ 时,有 $4x = 3y$ ,将其代入 $x^2 + y^2 = 25$
解得$y = 4 \, (\mathrm{m})$,即下端距墙脚4 m时上端下滑速度为$4 m/s$
>[!example] **例4**(2022)
>某部举行八一阅兵队列正步通过阅兵台时步幅间距离为75厘米步速为每分钟112步。某观礼人员离行进队列垂直距离为60米视线追随队列领队求其视线与队列夹角为$\frac{\pi}{6}$时,视线转动角度的变化率。
**解析:**
- 建立几何模型:设时间为\(t\)分钟步幅间距离0.75米步速为每分钟112步则队列行进距离$x = 0.75×112t = 84t$米。设视线与队列夹角为$theta$,由正切函数关系可得$tan\theta=\frac{x}{60}$,即$\tan\theta=\frac{84t}{60}=\frac{7t}{5}$。
- 两边对$t$求导:根据复合函数求导法则
$$(tan\theta)^\prime=\sec^{2}\theta\cdot\frac{d\theta}{dt})$$对$tan\theta=\frac{7t}{5}$两边求导得$$sec^{2}\theta\cdot\frac{d\theta}{dt}=\frac{7}{5}$$
求解:$\frac{d\theta}{dt}$:当$theta = \frac{\pi}{6}$时,$sec\theta=\frac{2}{\sqrt{3}}$$sec^{2}\theta=\frac{4}{3}$,代入$sec^{2}\theta\cdot\frac{d\theta}{dt}=\frac{7}{5}$
可得$$\frac{4}{3}\cdot\frac{d\theta}{dt}=\frac{7}{5}$$解得$$\frac{d\theta}{dt}=\frac{21}{20}(弧度/分钟)
$$
答案:视线转动角度的变化率为\(\frac{21}{20}\)弧度/分钟。本题主要考察了利用导数解决实际问题中的变化率问题,关键在于建立正确的函数关系并准确求导,易错点是复合函数求导法则的运用。
>[!example] **例5**2024
>一架巡逻直升机在距离地面3km的高度以120km/h的速度沿着一条水平笔直的高速公路向前飞行。飞行员观察到迎面驶来一辆汽车通过雷达测出直升机与汽车的距离为5km同时此距离以160km/h的速率在减少。试求此时汽车行进的速度。
**解析**
如图建立直角坐标系,设时刻 t直升机位于 A点 (x1(t),3),汽车位于 B点 (x2(t),0),直升机与汽车的距离为 z(t),则
$$(x2(t)x1(t))2+32=z2(t)$$
方程两端分别对 t求导可得
$$(x2(t)x1(t))(x2(t)x1(t))=z(t)z(t)$$
由于 $z(t)=5$时,$x2(t)x1(t)=4$$z(t)=160$$x1(t)=120$,有
$$4(x2(t)120)=5×(160)$$
故 $x2(t)=80$,即汽车行进的速度为 $80km/h$。

@ -0,0 +1,150 @@
# 飞机航空摄影问题
## 问题描述
一飞机在离地面2 km的高度以200 km/h的速度水平飞行到某目标上空以便进行航空摄影。试求飞机飞至该目标正上方时摄影机转动的角速率。
## 解析
### 建立坐标系
目标位置:原点 $O(0,0)$
飞机位置:$P(x,2)$
飞机高度:$h = 2$ km
水平速度:$\frac{dx}{dt} = -200$ km/h
### 角度关系
$\theta = \arctan\left(\frac{x}{2}\right)$
$\tan\theta = \frac{x}{2}$
### 角速率计算
$\frac{d\theta}{dt} = \frac{d\theta}{dx} \cdot \frac{dx}{dt}$
$\frac{d\theta}{dx} = \frac{d}{dx} \arctan\left(\frac{x}{2}\right) = \frac{1}{1 + \left(\frac{x}{2}\right)^2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{2}{x^2 + 4}$
$\frac{d\theta}{dt} = \frac{2}{x^2 + 4} \cdot (-200) = -\frac{400}{x^2 + 4}$ rad/h
### 目标正上方时的角速率
当 $x = 0$ 时:
$\left. \frac{d\theta}{dt} \right|_{x=0} = -\frac{400}{0 + 4} = -100$ rad/h
转换单位:
$100$ rad/h $= 100 \times \frac{180}{\pi}$ °/h $= \frac{18000}{\pi}$ °/h
$\frac{18000}{\pi}$ °/h $\times \frac{1}{3600}$ h/s $= \frac{5}{\pi}$ °/s $\approx 1.59$ °/s
## 答案
飞机飞至目标正上方时,摄影机转动的角速率为 $\frac{5}{\pi}$ °/s约1.59 °/s
---
# 人拉船问题
## 问题描述
人在河岸用绳经过定滑轮以速度 $v$、加速度 $a$ 拉船。绳与水平面夹角为 $\theta$。求此时船的加速度 $a'$。
![[Pasted image 20251223173057.png]]
## 解析
### 变量定义
$h$:滑轮高度(定值)
$x$:船到河岸的水平距离
$l$:绳长
$v = -\frac{dl}{dt}$:人拉绳的速度
$a = -\frac{d^2l}{dt^2}$:人拉绳的加速度
$u = -\frac{dx}{dt}$:船的水平速度
$a' = -\frac{d^2x}{dt^2}$:船的加速度
$\theta$:绳与水平面夹角
### 几何关系
$l^2 = h^2 + x^2$
### 一阶导数关系
对几何关系求导:$2l\frac{dl}{dt} = 2x\frac{dx}{dt}$
$l\frac{dl}{dt} = x\frac{dx}{dt}$
代入速度定义:$l(-v) = x(-u)$
$u = \frac{l}{x}v = \frac{v}{\cos\theta}$,其中 $\cos\theta = \frac{x}{l}$
### 二阶导数关系
对一阶关系求导:$\frac{d}{dt}\left(l\frac{dl}{dt}\right) = \frac{d}{dt}\left(x\frac{dx}{dt}\right)$
$\left(\frac{dl}{dt}\right)^2 + l\frac{d^2l}{dt^2} = \left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + x\frac{d^2x}{dt^2}$
$(-v)^2 + l(-a) = (-u)^2 + x(-a')$
$v^2 - la = u^2 - xa'$
### 求解 $a'$
$xa' = u^2 - v^2 + la$
$a' = \frac{u^2 - v^2 + la}{x}$
代入 $u = \frac{v}{\cos\theta}$, $x = h\tan\theta$, $l = \frac{h}{\cos\theta}$
$a' = \frac{\left(\frac{v}{\cos\theta}\right)^2 - v^2 + \left(\frac{h}{\cos\theta}\right)a}{h\tan\theta}$
$a' = \frac{v^2\left(\frac{1}{\cos^2\theta} - 1\right)}{h\tan\theta} + \frac{\frac{h}{\cos\theta}a}{h\tan\theta}$
$a' = \frac{v^2\tan^2\theta}{h\tan\theta} + \frac{a}{\cos\theta\tan\theta}$
$a' = \frac{v^2\tan\theta}{h} + \frac{a}{\sin\theta}$
## 答案
此时船的加速度为:
$a' = \frac{v^2\tan\theta}{h} + \frac{a}{\sin\theta}$
---
# 动点曲线运动问题
## 问题描述
已知动点 $P$ 在曲线 $y = \sqrt{x}$ 上运动,记坐标原点 $O$ 与 $P$ 间的距离为 $l$。若点 $P$ 横坐标随时间的变化率为常数 $v$,则当点 $P$ 运动到点 $(1, 1)$ 时,$l$ 对时间的变化率是多少?
## 解析
### 变量关系
点 $P$ 坐标:$(x, y)$, $y = \sqrt{x}$
原点 $O$ 与 $P$ 间的距离:
$l = \sqrt{x^2 + y^2} = \sqrt{x^2 + (\sqrt{x})^2} = \sqrt{x^2 + x}$
已知:$\frac{dx}{dt} = v$(常数)
### 距离变化率计算
$\frac{dl}{dt} = \frac{d}{dt} \sqrt{x^2 + x} = \frac{d}{dt} (x^2 + x)^{1/2}$
$\frac{dl}{dt} = \frac{1}{2}(x^2 + x)^{-1/2} \cdot \frac{d}{dt}(x^2 + x)$
$\frac{dl}{dt} = \frac{1}{2\sqrt{x^2 + x}} \cdot (2x + 1) \frac{dx}{dt}$
$\frac{dl}{dt} = \frac{2x + 1}{2\sqrt{x^2 + x}} \cdot v$
### 在点 $(1, 1)$ 处的变化率
当 $x = 1$ 时:
$\left. \frac{dl}{dt} \right|_{x=1} = \frac{2\cdot 1 + 1}{2\sqrt{1^2 + 1}} \cdot v = \frac{3}{2\sqrt{2}} \cdot v = \frac{3v}{2\sqrt{2}}$
有理化:$\frac{3v}{2\sqrt{2}} = \frac{3v\sqrt{2}}{4}$
## 答案
当点 $P$ 运动到点 $(1, 1)$ 时,$l$ 对时间的变化率为 $\frac{3v\sqrt{2}}{4}$。

@ -0,0 +1,154 @@
## 隐函数求导
### 原理
设方程 $F(x, y) = 0$ 确定 $y$ 是 $x$ 的函数 $y = y(x)$,则对方程两边关于 $x$ 求导(注意 $y$ 是 $x$ 的函数),再解出 $y'$ 即可。
### **适用情况**
适用于方程中 $x$ 与 $y$ 混合在一起,无法或不易解出 $y = f(x)$ 的情况,如:
- 圆的方程:$x^2 + y^2 = 1$
- 椭圆方程:$\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$
- 一般隐式方程:$e^{x+y} + \ln(xy) = 0$
### **优势**
1. 不必显式解出 $y = f(x)$,可直接求导;
2. 适用于复杂关系式,尤其是含有 $x$、$y$ 混合的函数形式。
### **劣势**
1. 求导过程中需注意 $y$ 是 $x$ 的函数,常需使用链式法则;
2. 最终表达式中可能仍含有 $y$,需结合原方程化简。
### **例子**
> [!example] 例1
求由方程 $x^2 + y^2 = 1$ 确定的隐函数 $y = y(x)$ 的导数。
**解析**
两边对 $x$ 求导:
$$
2x + 2y \cdot y' = 0
$$
解得:
$$
y' = -\frac{x}{y}
$$
---
## 参数方程求导
### 原理
设曲线由参数方程
$$
\begin{cases}
x = x(t) \\
y = y(t)
\end{cases}
$$
给出,则 $y$ 关于 $x$ 的导数为:
$$
\frac{dy}{dx} = \frac{dy/dt}{dx/dt} = \frac{y'(t)}{x'(t)}
$$
前提是 $x'(t) \neq 0$。
### **适用情况**
适用于曲线由参数形式给出,尤其是:
- 物理中的运动轨迹;
- 极坐标、摆线、旋轮线等曲线;
- 复杂曲线的简化表示。
### **优势**
1. 形式简洁,直接利用两个导数作商;
2. 适用于参数化表示,便于计算高阶导数。
### **劣势**
1. 要求 $x'(t) \neq 0$,否则导数不存在;
2. 高阶导数计算需重复使用公式,略显繁琐。
### **例子**
> [!example] 例2
求参数方程
$$
\begin{cases}
x = a\cos t \\
y = b\sin t
\end{cases}
$$
所确定的函数 $y = y(x)$ 的导数。
**解析**
计算:
$$
\frac{dx}{dt} = -a\sin t, \quad \frac{dy}{dt} = b\cos t
$$
因此:
$$
\frac{dy}{dx} = \frac{b\cos t}{-a\sin t} = -\frac{b}{a}\cot t
$$
---
## 习题
> [!example] **习题1**
设 $y$ 由方程 $e^{x+y} = xy$ 确定,则 $y'$ 在点 $(1,0)$ 处的值为
A. $0$
B. $1$
C. $-1$
D. 不存在
**解析**
两边对 $x$ 求导:
$$
e^{x+y}(1 + y') = y + x y'
$$
代入 $(1,0)$
$$
e^{1+0}(1 + y') = 0 + 1 \cdot y'
$$
即:
$$
e(1 + y') = y'
$$
解得:
$$
y' = \frac{e}{1 - e}
$$
该值不为选项中所列,故判断为“不存在直接匹配”,但若只允许选 ABCD则可能选 D。
实际应说明:$y' = \frac{e}{1-e}$ 是一个确定数值。
---
> [!example] **习题2**
参数方程
$$
\begin{cases}
x = t^2 + 1 \\
y = t^3 - t
\end{cases}
$$
在 $t = 1$ 处的导数 $\left. \frac{dy}{dx} \right|_{t=1}$ 为
A. $1$
B. $2$
C. $3$
D. $4$
**解析**
计算:
$$
\frac{dx}{dt} = 2t, \quad \frac{dy}{dt} = 3t^2 - 1
$$
则:
$$
\frac{dy}{dx} = \frac{3t^2 - 1}{2t}
$$
代入 $t = 1$
$$
\left. \frac{dy}{dx} \right|_{t=1} = \frac{3 \cdot 1^2 - 1}{2 \cdot 1} = \frac{2}{2} = 1
$$
答案A

@ -0,0 +1,33 @@
1.级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{\sqrt{n+1}-\sqrt{n}}{n}$收敛
A.正确
B.错误
2.级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{2n+1}{n^2(n+1)^2}$的和为
A. 0
B. 1
C. 2
D. 不存在(发散)
3.级数 $\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(2n)!}{(n!)^2} \cdot \frac{1}{5^n}$ 收敛
A.正确
B.错误
4.级数$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n(n-1)/2}}{3^n}.$收敛
A.正确
B.错误
5.级数 $\sum_{n=2}^{\infty} \frac{1}{(\ln n)^n}$ 收敛
A.正确
B.错误

@ -0,0 +1,68 @@
1.级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{\sqrt{n+1}-\sqrt{n}}{n}$收敛
A.正确
B.错误
由于
$a_n = \frac{\sqrt{n+1}-\sqrt{n}}{n} = \frac{1}{n(\sqrt{n+1}+\sqrt{n})} < \frac{1}{n \cdot 2\sqrt{n}} = \frac{1}{2n^{3/2}}$
而 $\sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n^{3/2}}$ 收敛,故由比较判别法知原级数收敛。
2.级数$\sum_{n=1}^{\infty} \frac{2n+1}{n^2(n+1)^2}$的和为
A. 0
B. 1
C. 2
D. 不存在(发散)
解:
观察
$\frac{2n+1}{n^2(n+1)^2} = \frac{(n+1)^2 - n^2}{n^2(n+1)^2} = \frac{1}{n^2} - \frac{1}{(n+1)^2}$
部分和:
$S_N = \sum_{n=1}^N \left[ \frac{1}{n^2} - \frac{1}{(n+1)^2} \right] = 1 - \frac{1}{(N+1)^2} \to 1$
收敛到 1。
3.级数 $\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(2n)!}{(n!)^2} \cdot \frac{1}{5^n}$ 收敛
A.正确
B.错误
**解析**
$$a_n = \frac{(2n)!}{(n!)^2 \cdot 5^n}$$
$$\frac{a_{n+1}}{a_n}
= \frac{(2n+2)!}{((n+1)!)^2 \cdot 5^{n+1}} \cdot \frac{(n!)^2 \cdot 5^n}{(2n)!}$$
化简:
$$\frac{(2n+2)!}{(2n)!} = (2n+2)(2n+1)$$
$$\frac{(n!)^2}{((n+1)!)^2} = \frac{1}{(n+1)^2}$$
$$\frac{5^n}{5^{n+1}} = \frac15$$
所以
$$\frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{(2n+2)(2n+1)}{(n+1)^2} \cdot \frac15
= \frac{2(2n+1)}{n+1} \cdot \frac15$$
$$\lim_{n\to\infty} \frac{4n+2}{5(n+1)} = \frac{4}{5} < 1$$
所以收敛。
答案A
4.级数$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n(n-1)/2}}{3^n}.$收敛
A.正确
B.错误
$n(n-1)/2的奇偶性与n正好相反所以级数也是交错级数容易证明是收敛$
5.级数 $\sum_{n=2}^{\infty} \frac{1}{(\ln n)^n}$ 收敛
A.正确
B.错误
当 $n > e^2$ 时,$\ln n > 2$,从而 $\frac{1}{(\ln n)^n} < \frac{1}{2^{,n}}$。
由于 $\sum_{n=2}^\infty \frac{1}{2^{,n}}$ 收敛,由比较判别法知原级数收敛。

@ -0,0 +1,94 @@
---
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- 编写小组
---
1.已知 $b_n = \sqrt[n]{2^n + 3^n + 4^n}$,则 $\lim_{n \to \infty} b_n = ?$
A. 2
B. 3
C. 4
D. 9
答案C
解析: 利用夹逼定理,提取最大项:
· 显然 $4^n \leq 2^n + 3^n + 4^n \leq 3 \cdot 4^n$。
· 因此:
$$4 \leq \sqrt[n]{2^n + 3^n + 4^n} \leq \sqrt[n]{3} \cdot 4$$
· 因为 $\lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{3} = 1$,所以右边极限为 $4$。
· 由夹逼定理,极限为 $4$。
2.计算 $$\displaystyle \lim_{n\to\infty} n^2[\ \arctan\ (n+1) - \arctan n]$$A. $\infty$
B. 1
C. $\tan1$
D. 0
答案B
由 $\arctan x \sim x$ 得?注意此时 $n\to\infty$。
$$\begin{aligned}\text{原式}
&= \lim_{n \to \infty} n^2 \left[ \arctan \frac{(n+1)-n}{1+(n+1)n} \right] \\[1em]
&= \lim_{n \to \infty} n^2 \left[ \arctan \frac{1}{n^2 + n + 1} \right] \\[1em]
&= \lim_{n \to \infty} n^2 \cdot \frac{1}{n^2 + n + 1} \quad (\text{因为 } \arctan x \sim x \text{ 当 } x \to 0) \\[1em]
&= 1
\end{aligned}$$
3.计算
$$\lim\limits_{x\to\pi/2}(sinx)^{tanx}$$A. $\frac{\pi}{2}$
B. $\frac{\pi}{4}$
C. $-\frac{\pi}{2}$
D. $1$
答案D
原式=$\lim\limits_{x\to\pi/2}(1+sinx-1)^{\frac{1}{sinx-1}\frac{sinx(sinx-1)}{cosx}}=e^{\lim\limits_{x\to\pi/2}\frac{sinx(sinx-1)}{cosx}}$
令$t=\pi/2-x$,则原式=$e^{\lim\limits_{t\to0}\frac{cost(cost-1)}{sint}}=e^{\lim\limits_{t\to0}\frac{cost(-t^2/2)}{t}}=e^0=1$
4.设 $$f(x) = (1+x^2)\cos\left(\frac{1}{x^3}\right)$$则 $\lim_{x \to \infty} f(x)$
A. 为 0
B. 为 1
C. 为-1
D. 无穷大
答案C
解析: 注意这里 $x \to \infty$。虽然可以用夹逼:
$$-(1+x^2) \leq f(x) \leq (1+x^2)$$
但两边的极限 $\lim_{x \to \infty} (1+x^2) = \infty$,不相等(且不是有限数),因此夹逼定理不适用。实际上,由于 $\cos(1/x^3) 在 x \to \infty$ 时振荡趋于 $\cos 0 = 1$,而 $1+x^2 \to \infty$,所以函数值在振荡中趋于无穷大,极限不存在。
5.设$$f(x)=\frac{2+e^{1/x}}{1+e^{4/x}}+\frac{sinx}{|x|}$$则$x=0$是 $f(x)$ 的()
A可去间断点  B跳跃间断点   C无穷间断点  D震荡间断点
答案A
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