第二章 一元函数的导数与微分概念及其计算
选择题
- 若极限
则函数 在 处
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答案: (A)
解析: 令 ,则当 时,,原极限可写为
由于
故已知条件只说明
它仅限制了 点两侧函数值之差,并不能分别保证左、右导数存在,更不能保证二者相等。
例如,任取常数 ,在 的邻域内定义
则
但
且由 可知两者不相等,所以 在 处不一定可导。
因此(A)正确;(B)、(C)把所给极限误认为某一侧导数;(D)则错误地断定了可导性。
- 设有多项式
又设 是它的最大实根,则 满足
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答案: (D)
解析: 因为 是首项系数为正的四次多项式,所以
又因为 是最大实根,所以在区间 内没有其他实根。由多项式的连续性可知, 在该区间内符号保持不变;结合 ,得到
若 ,则由导数定义,在充分小的 下应有
这与 右侧 矛盾。因此
当 是奇重根时,可以有 ;当 是重数不小于 的偶重根时,可以有 。故不能断定严格大于零。
所以(D)正确,(A)条件过强,(B)、(C)与右侧符号特征不符。
- 设 ,则使 存在的最高阶数
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答案: (C)
解析: 将函数写成分段形式:
显然 。由导数定义,
对 ,
于是
故二阶导数存在。
进一步,对 ,
因此
左右极限不相等,所以 不存在。
故在 处存在的最高阶导数为二阶,即 ,选择(C)。
- 设
在 处可导,则 满足
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答案: (A)
解析: 函数在 处可导,首先必须在该点连续。
当 时,
所以
而
故连续性要求
在 时,右导数为
左侧函数为 ,所以
要使 存在,必须有
即
因此 ,选择(A)。选项(C)只保证了连续性,没有保证左右导数相等;(B)、(D)中的 使函数在原点不连续。
- 设 ,则存在 ,有
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答案: (C)
解析: 由
根据极限的保号性,存在 ,使得当
时,有
当 时,,故
即
当 时,。为了使上述商为正,必须有
即
因此(C)正确。(A)、(B)把 错误地视为局部极值点;(D)与导数为正所表示的局部变化方向相反。
- 设
则
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答案: (D)
解析: 该函数可写为
当 时,
所以函数在 处连续,选项(A)错误。
考察导数:
当 时,
当 时,
因此通常意义下的有限导数 不存在,选项(B)错误。
但是,从左右两侧趋近原点时,割线与 轴的夹角都趋于直角,割线的极限位置均为竖直直线
所以曲线在 处存在竖直切线,尽管该点导数不存在。
故(D)正确,(C)错误。
填空题
- 设
则 。
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解析: 记
则
在 时,
而对 ,
因此按乘积求导公式,在 处只有对第一个因子求导的项不为零:
又
且
故
- 若函数 在 处的导数存在,则极限
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解析: 由 在 处可导,得
分别取
则
代入原式,常数项相消,得到
- 设 ,,则
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解析: 由
可知
当 时,令 ,则 ,且
所以
- 设 为常数,则
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解析: 令
则 时 ,原极限化为
该极限正是函数 在 处的导数,故
- 设
则
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解析: 令
则由复合函数求导法则,
计算得
以及
又
所以
- 设 ,则
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解析: 把 与 都看成参数 的函数,则
由
得
- 设 有任意阶导数且 ,则
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解析: 由已知条件,
公式对 成立。
假设对某个 ,有
两边求导:
这正是把 换为 后的公式。由数学归纳法,
- 设 ,则 。
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解析: 函数
是偶函数。偶函数在原点存在的所有奇阶导数均为零,因此
也可由麦克劳林展开验证:
其中不含 项,故五阶导数在原点为零。
- 设
则 。
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在 处连续延拓后的值为
解析: 参数方程的一阶导数为
再对 求导:
而
故
当 时,
所以该式的极限为
- 曲线 上点 处的切线方程是 。
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即
解析: 对隐函数方程
两边关于 求导,得
因此
在点 处,切线斜率为
故切线方程为
整理得
- 曲线 上与直线 垂直的切线方程为 。
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解析: 直线
的斜率为 ,因此与它垂直的直线斜率为
曲线 在横坐标为 的点处切线斜率为
令
得
故所求切线方程为
即
- 曲线
上对应点 处的切线方程为 。
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即
解析: 当 时,曲线上的对应点为
参数方程所表示曲线的切线斜率为
因此在 处,
故切线方程为
整理得
- 在点
处的切线方程分别为 。
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解析: 由极坐标与直角坐标的关系,
且
于是
当 时,点的直角坐标为 ,且
因此切线为竖直直线
当 时,点的直角坐标为 ,并且
故切线方程为
即
当 时,曲线到达极点 。此时直接代入会出现 型,考察斜率极限:
令 ,当 时,
从而
故极点处的切线为
- 题目如下:
在点 处的法线方程为 。
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等价地,
解析: 对曲线方程
两边关于 求导,得
因此切线斜率为
在点 处,
所以法线斜率为
由点斜式,法线方程为
- 设函数
的导函数在 处连续,则整数 的取值为 。
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解析: 先考察 是否存在。由导数定义,
当 时,由有界量与无穷小的乘积仍为无穷小,得
对 ,
要使导函数在 处连续,必须有
第一项在 时趋于零;第二项趋于零的充要条件为
即
因为 为整数,故
当 时,第二项为
极限不存在;当 时更不可能连续。
- 设 ,其中 可微,则 。
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解析: 函数
是两个复合函数的乘积。由乘积求导法则与链式法则,
因此
计算题
- 计算下列各题:
(Ⅰ)设
求 ; (Ⅱ)设
求 ; (Ⅲ)设
求 。
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答案: (Ⅰ)
(Ⅱ)
等价地,
(Ⅲ)
解析: (Ⅰ)
第一项是复合函数。由链式法则,
对第二项,令
则
又
因此
两部分相加即得所求导数。
(Ⅱ)
将原式写成幂函数形式:
在 处采用对数求导法,得
两边求导:
所以
通分后,
(Ⅲ)
令
则
由链式法则,
注意到
且
故
- 计算下列各题:
(Ⅰ)设
其中 三阶可导,且 ,求
(Ⅱ)设
求 及 在 的值。
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答案: (Ⅰ)
(Ⅱ)
解析: (Ⅰ)
由参数方程求导公式,
先分别求导:
由于 ,故
进一步,
再求一次导数:
(Ⅱ)
由
得
对 求导,利用变上限积分求导公式:
所以在 时,
故
又
当
时,
因此
- 计算下列各题:
(Ⅰ)由方程 确定 ,求 ; (Ⅱ)方程 确定 ,求 ; (Ⅲ)设
求 。
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答案: (Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
解析: (Ⅰ)
在 的条件下,对方程
两边取自然对数,得
将 看作 的函数,对 求导:
整理得
因此,当分母不为零时,
(Ⅱ)
对原方程取自然对数:
即
两边关于 求导:
于是
由原方程 ,故
对关系式
再次求导,得
整理为
代入
可得
又
因此
(Ⅲ)
由牛顿—莱布尼茨公式,
因此原方程化为
即
两边关于 求导:
于是
又由于
故
所以
再次求导:
- 设函数 有反函数 ,且
求 。
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解析: 由于 是 的反函数,且 ,故
反函数的一阶导数公式为
再对 求导,得
令 ,利用 ,可得
- 设 在 内二次可导,令
求常数 的值,使函数 在 内二次可导。
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解析: 只需考察连接点 。
首先,为使 在 处连续,应有
右侧极限为 ,故
当 时,
因此右导数为
为使一阶导数存在且连续,应有
进一步,当 时,
为使二阶导数在 处存在,并使 在 处可导,应满足
即
因此上述三个条件同时满足时, 在全体实数范围内二次可导。
- 把 看作自变量, 为因变量,变换方程
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答案: 把 看成 的函数后,原方程化为
解析: 令
由反函数求导关系,
又因为
所以
其中 。
继续求导:
其中
因此
代入原方程,得
即
恢复 ,得到
- 设 连续且
求 ,并讨论 的连续性。
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并且 在 上连续。
解析: 由
以及 在 处连续,知
当 时,作变量代换 ,有
因此
下面求 处的导数。由已知条件可写成
于是
故
又 ,所以
最后讨论连续性。当 时,由 连续可知 连续。且当 时,
从而
因此 在 处也连续,故它在整个实数轴上连续。
- 讨论函数
在 处的连续性与可导性。
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答案: 函数 在 处连续且可导,并且
解析: 先考察连续性。
当 时,
当 时,由积分中值定理,存在 ,使得
当 时,,故
由于 ,故 在 处连续。
再考察可导性。
左导数为
利用展开式
得
所以
对于右导数,利用恒等式
可得
而
故
于是
左右导数相等,因此 存在,且