diff --git a/素材/微分中值定理的不等式问题.md b/素材/微分中值定理的不等式问题.md new file mode 100644 index 0000000..ad98b77 --- /dev/null +++ b/素材/微分中值定理的不等式问题.md @@ -0,0 +1,72 @@ +## 例一 +设 $e < a < b < e^2$,证明: +$$ +\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{e^2}(b-a). +$$ + +**证明**: +考虑函数 $f(x) = \ln^2 x$,则 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 上连续,在 $(a,b)$ 内可导。由拉格朗日中值定理,存在 $\xi \in (a,b)$,使得 +$$ +\frac{\ln^2 b - \ln^2 a}{b-a} = f'(\xi) = \frac{2\ln \xi}{\xi}. +$$ +令 $g(x) = \dfrac{2\ln x}{x}$,求导得 +$$ +g'(x) = \frac{2(1-\ln x)}{x^2}. +$$ +当 $x > e$ 时,$\ln x > 1$,故 $g'(x) < 0$,即 $g(x)$ 在 $(e, +\infty)$ 上单调递减。 +由于 $e < a < \xi < b < e^2$,所以 +$$ +g(\xi) > g(e^2) = \frac{2\ln e^2}{e^2} = \frac{4}{e^2}. +$$ +因此 +$$ +\frac{\ln^2 b - \ln^2 a}{b-a} > \frac{4}{e^2}, +$$ +即 +$$ +\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{e^2}(b-a). +$$ +证毕。 +## 例2 +设 $a > e$,$0 < x < y < \dfrac{\pi}{2}$,证明: +$$ +a^y - a^x > (\cos x - \cos y) \cdot a^x \ln a. +$$ + +**证明**: +令 $f(t) = a^t$,则 $f(t)$ 在 $[x, y]$ 上连续,在 $(x, y)$ 内可导。由拉格朗日中值定理,存在 $\xi \in (x, y)$,使得 +$$ +\frac{a^y - a^x}{\cos x - \cos y} = \frac{a^\xi \ln a}{\sin \xi } +$$ + $$\frac{a^\xi \ln a}{\sin \xi }>a^\xi \ln a>a^x \ln a$$ + 证毕 +## 例3 +证明:当 $x>0$ 时, +$$ +\frac{\arctan x}{\ln(1+x)} \leq \frac{1+\sqrt{2}}{2}. +$$ + +**证明**: +考虑函数 $f(t) = \arctan t$ 与 $g(t) = \ln(1+t)$,两者在 $[0, x]$ 上连续,在 $(0, x)$ 内可导,且 $g'(t) = \frac{1}{1+t} \neq 0$。由柯西中值定理,存在 $\xi \in (0, x)$,使得 +$$ +\frac{\arctan x}{\ln(1+x)} = \frac{f(x) - f(0)}{g(x) - g(0)} = \frac{f'(\xi)}{g'(\xi)} = \frac{1/(1+\xi^2)}{1/(1+\xi)} = \frac{1+\xi}{1+\xi^2}. +$$ +令 $\phi(\xi) = \dfrac{1+\xi}{1+\xi^2}$,则 +$$ +\phi'(\xi) = \frac{(1+\xi^2) - (1+\xi) \cdot 2\xi}{(1+\xi^2)^2} = \frac{1 - 2\xi - \xi^2}{(1+\xi^2)^2} = \frac{2 - (1+\xi)^2}{(1+\xi^2)^2}. +$$ +令 $\phi'(\xi) = 0$,得 $(1+\xi)^2 = 2$,因 $\xi > 0$,故 $\xi = \sqrt{2} - 1$。 +当 $0 < \xi < \sqrt{2} - 1$ 时,$\phi'(\xi) > 0$;当 $\xi > \sqrt{2} - 1$ 时,$\phi'(\xi) < 0$。 +因此 $\phi(\xi)$ 在 $\xi = \sqrt{2} - 1$ 处取得最大值: +$$ +\phi(\sqrt{2} - 1) = \frac{1 + (\sqrt{2} - 1)}{1 + (\sqrt{2} - 1)^2} = \frac{\sqrt{2}}{1 + (3 - 2\sqrt{2})} = \frac{\sqrt{2}}{4 - 2\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2(2 - \sqrt{2})}. +$$ +化简: +$$ +\frac{\sqrt{2}}{2(2 - \sqrt{2})} = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{1}{2 - \sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{2 + \sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{2}(2 + \sqrt{2})}{4} = \frac{2\sqrt{2} + 2}{4} = \frac{1 + \sqrt{2}}{2}. +$$ +于是对任意 $\xi > 0$,有 $\phi(\xi) \leq \dfrac{1+\sqrt{2}}{2}$,从而 +$$ +\frac{\arctan x}{\ln(1+x)} \leq \frac{1+\sqrt{2}}{2}, \quad x > 0. +$$ +等号在 $\xi = \sqrt{2} - 1$ 时成立,即存在 $x > 0$ 使等号成立。证毕。 \ No newline at end of file diff --git a/编写小组/黑马试卷/1.16黑马试卷.md b/编写小组/黑马试卷/1.16黑马试卷.md new file mode 100644 index 0000000..bfb7100 --- /dev/null +++ b/编写小组/黑马试卷/1.16黑马试卷.md @@ -0,0 +1,126 @@ +### 一、选择题(共3小题,每小题2分,共10分) + +1. 函数 +$$ + f(x) = \begin{cases} + \sqrt{x} \sin \frac{1}{x}, & x > 0, \\ + 0, & x \leq 0 + \end{cases} +$$ + 在点$x = 0$处( )。 + (A) 不连续 + (B) 连续但不可导 + (C) 可导且$f'(0) = 0$ + (D) 可导且$f'(0) \neq 0$ + +2. 数列极限$\lim_{n \to \infty} (e^{-n} + \pi^{-n})^{\frac{1}{n}}$的值为( )。 + (A)$e$ + (B)$\pi$ + (C)$\frac{1}{e}$ + (D)$\frac{1}{\pi}$ + +3. 曲线$y = \frac{x^3 - x^2}{2 + x^2}$的渐近线为( )。 + (A)$y = x - 1$ + (B)$y = x + 1$ + (C)$y = x$ + (D)$y = \frac{1}{2}x$ + +--- + +### 二、填空题(共3小题,每小题2分,共10分) + +4. 函数$f(x) = xe^{-x^2}$在$(-\infty,+\infty)$上的最大值为 $\underline{\qquad}$。 + +5. 曲线$C: x = \frac{1}{2} \cos t, y = \sin t, t \in [0,2\pi]$在点$(0,-1)$处的曲率为 $\underline{\qquad}$。 + +6. 不定积分$\int \frac{1}{x(1+2\ln x)} dx = \underline{\qquad}$。 + +--- + +### 三、解答题(共4小题,共80分) + +7. 设$y(x)$是由曲线方程$\sin x + y + e^x = 2$确定的隐函数,试计算$\frac{dy}{dx} \bigg|_{x=0}$的值,并求该曲线在点$P(0,1)$处的切线方程。(6分) + +```text + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +``` + +8. 计算不定积分 +$$ + \int \frac{x}{1+\sqrt{1-x^2}} dx。 +$$ + (6分) + +```text + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +``` + +9. 设曲线$f(x) = x^3 + ax^2 + 18x$($a$为大于零的常数)的拐点正好位于$x$轴上,试求$a$的值及曲线$y = f(x)$的拐点坐标。(6分) + +```text + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +``` + +10. 计算极限 + $$\lim_{x \to +\infty} \left[ x + x^2 \ln \left( 1 - \frac{1}{x} \right) \right]。$$ + (6分)