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【格物致知·代数】5-2-18本章复习(导数和微分)『微积分初步』

作者:山嵓发布时间:2024-09-23

【阅前提示】我在原有“数理化自学丛书”系列17册的基础上又添加了1册八五人教甲种本《微积分初步》,原因有二:一则,我是双鱼座,有一定程度的偶双症,但“自学丛书”系列中代数4册、几何5册实在令我刺挠,因此就需要加入一本代数,使两边能够对偶平衡;二则,我认为《微积分初步》这本书对“准大学生”很重要,以我的惨痛教训为例,大一高数第一堂课,我是直接蒙圈,学了个寂寞。另外大学物理的前置条件是必须有基础微积分知识,因此我所读院校的大学物理课是推迟开课;而比较生猛的大学则是直接开课,然后在绪论课中猛灌基础高数(例如田光善舒幼生老师的力学课)。我选择在“自学丛书”17本的基础上添加这本《微积分初步》,就是希望小伙伴升大学前可以看看,不至于像我当年那样被高数打了个措手不及。

第二章导数和微分 

小结

一、本章主要内容是导数和微分的概念、求导数和求微分的方法以及微分在近仪计算上的某些应用。

二、导数概念是徽积分学的基本概念之一。函数 y=f(x) 的导数 f'(x),就是函数的改变量 △y 与自变量的改变量 △x 的比 △y/△x 当 △x→0 时的极限,

%5Cscriptsize%20f%5E%7B%5Cprime%7D%5Cleft(x%5Cright)%3D%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D%3D%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%7D%5Cfrac%7Bf%5Cleft(x%2B%5Ccdot%5CDelta%20x%5Cright)-f%5Cleft(x%5Cright)%7D%7B%5CDelta%20x%7D

        它表示在点 x 处函数 y 对自变量的变化率,它的几何意义是曲线 y=f(x) 在点 (x,f(x)) 处的切线的斜率。

        如果 f'(x₀) 存在,曲线 y=f(x) 上点 (x₀,y₀) 处的切线的方程为 y-y₀=f'(x₀)(x-x₀);

%5Cscriptsize%20y-y_%7B0%7D%3D-%5Cfrac%7B1%7D%7Bf%5E%7B'%7D%5Cleft(x_%7B0%7D%5Cright)%7D(x-x_%7B0%7D)  。

三、函数 y=f(x) 的微分 dy 就是函数的导数 f'(x) 与自变量的微分 dx(dx=△x≠0)的积,

        即 dy=f'(x)dx  。

        求函数 y=f(x) 的导数 f'(x) 与求函数的微分 f'(x)dx 是互通的,

%5Cscriptsize%5Cfrac%7Bdy%7D%7Bdx%7D%3Df%5E%7B'%7D%20(x)%5CLongleftrightarrow%20dy%3Df%5E%7B%5Cprime%7D(x)%20dx

        所以导数也叫做微商。

四、求函数的导数或微分的方法叫做微分法。根据定义求导数是最基本的方法。对初等函数来说,只要根据定义先求得一些基本初等函数的导数,再利用求导数(或微分)的四则运算法则以及复合函数、反函数的求导(或微分)法则,就可以求出任一初等函数的导数(或微分)。这里,复合函数的求导法则特别重要,应切实掌握。

五、根据微分的定义及其几何意义,有下列近似公式:

        △y≈f'(x)△x(| △x | 很小),

        f(x)≈f(x₀)+f'(x₀)(x-x₀)(| x-x₀ | 很小)  。

        利用这些公式,可以求出函数的改变量或在某一点处的函数值的近似值。

        特别当 x₀=0 时,有 f(x)≈f(0)+f'(0)x(| x | 很小)。

        由此可以导出一些常用的近似公式,从而使实际问题中的一些计算大为简化。

复习参考题二

A组

1、

%5Cscriptsize%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D 的 △x 是正的还是负的?还是可正可负?%5Cscriptsize%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%5E%2B%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D 的 △x 呢?%5Cscriptsize%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%5E-%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D 的 △x 呢?%5Cscriptsize%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D%5Cscriptsize%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%5E%2B%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D 及%5Cscriptsize%5Clim_%7B%5CDelta%20x%5Cto0%5E-%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20y%7D%7B%5CDelta%20x%7D 之间有什么关系?

(2) f'(x) 和 f'(x₀) 有什么不同?f'(x₀) 与 [f(x₀)]' 有什么不同?

2、一质点沿 OA 轴运动,在时刻 t(秒)时,质点的位置 s=6t-t²(米)。

(1) 求 t=0,2,3,6,7 时质点的位置。当 s 取负值时意味着什么?

(2) 求速度 v(米/秒)的表示式,并求 t=0,2,3,6,7 时的 v 值。v 值为负时意味着什么?

(3) 什么时刻以后,质点改变运动的方向?

3、在受到制动后的 t 秒钟内飞轮转过的角度(弧度)由函数 φ(t)=4t-0.3t² 给出,求:

(1) t=2(秒)时,飞轮转过的角度;

(2) 飞轮停止旋转的时刻。

4、假设 1 公斤的铁从 0°C 加热到 t°C(0≤t≤200)时,所吸收的热量 Q(千卡)由公式 Q(t)=0.1053t+0.000071t² 确定,求 t=50 时铁的比热 C  。(提示:比热C=Q'(t)千卡/公斤·度)

5、已知抛物线 y=x²-4 及直线 y=x+2,求直线与抛物线在交点处的切线的交角。

6、已知两曲线 y=x²-1 与 y=1-x³  。

(1) 这两曲线在横坐标为 x₀ 的点处的切线互相平行,求 x₀ 的值;

(2) 这两曲线在横坐标为 x₁ 的点处的切线互相垂直,求 x₁ 的值。

7、按定义求 y=tgx 的导数。

8、求下列函数的导数:

%5Cscriptsize%5Cbegin%7Baligned%7D%26(1)%20y%3D(x%5E%7B2%7D-1)(x%5E%7B2%7D-3)(x%5E%7B2%7D-5)%3B%20%5C%5C%0A%26(2)%20y%3D%5Cfrac%7Bx%5E%7B2%7D%7D%7B(x%5E%7B2%7D-1)%5E%7B3%7D%7D%3B%5C%5C%26(3)%20y%3D%5Cfrac%7B%5Csin2x%7D%7B1%2Bx%7D%3B%5C%5C%0A%26(4)%20y%3D%5Cfrac%7B%5Csec%20x%7D%7B1%2B%5Ctan%20x%7D%3B%5C%5C%0A%26(5)%20y%3D%5Csin%5E%7B4%7D3x%5Ccos%5E%7B3%7D4x%3B%5C%5C%26(6)%20y%3D2(e%5E%7B%5Cfrac%7Bx%7D%7B2%7D%7D%2Be%5E%7B-%5Cfrac%7Bx%7D%7B2%7D%7D)%3B%5C%5C%26(7)%20y%3Dx%5Carctan%5Cfrac%7Bx%7D%7B2%7D%2B%5Csqrt%7B4-x%5E%7B2%7D%7D%3B%5C%5C%0A%26(8)%20y%3Da%5E%7B2x%2B1%7D%3B%5C%5C%26(9)%20y%3D%5Carctan%5Cfrac%7Bx-3%7D%7B3%7D-2%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B6-x%7D%7Bx%7D%7D%3B%5C%5C%26(10)%20y%3D%5Cfrac%7Bx%5Cln%20x%7D%7Bx%2B1%7D-%5Cln(x%2B1)%3B%5C%5C%0A%26(11)%20y%3D%5Clg(x%5E%7B2%7D%2Bx%2B1)%3B%5C%5C%26(12)%20y%3D%5Cln(%5Ccos%5E%7B2%7Dx)%2B2x%5Coperatorname%7Btg%7Dx-x%5E%7B2%7D.%0A%5Cend%7Baligned%7D

9、求下列函数的导数:

%5Cscriptsize%5Cbegin%7Baligned%7D%0A%26(1)%20t%3D%5Cfrac%7Bx-a%7D%7B%5Csqrt%7Bx%5E%7B2%7D-2ax%7D%7D%3B%5C%5C%0A%26(2)%20y%3D%5Cmathrm%7Barc%20tg%7D%5Cfrac%7Bx-a%7D%7Bx%2Ba%7D%3B%20%5C%5C%0A%26(3)%20y%20%3D%5Cfrac%7Bx%7D%7B2%7D%5Csqrt%7Bx%5E%7B2%7D%2Ba%5E%7B2%7D%7D%2B%5Cfrac%7Ba%5E%7B2%7D%7D%7B2%7D%5Cmathrm%7Bln%7D%5Cfrac%7Bx%2B%5Csqrt%7Bx%5E%7B2%7D%2Ba%5E%7B2%7D%7D%7D%7Ba%7D%3B%20%5C%5C%0A%26(4)%20y%3D%5Coperatorname%7Barc%7D%5Coperatorname%7Btg%7D(%5Coperatorname%7Bsec%7Dx%2B%5Coperatorname%7Btg%7Dx)%3B%20%5C%5C%26(5)%20y%3D%5Cln%7B(%5Cln%7Bx%7D)%7D-%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Cln%7Bx%7D%7D%3B%5C%5C%26(6)%20y%3D%5Cln%5Cbiggl(%5Coperatorname%7Btg%7D%7B(%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D-%5Cfrac%7Bx%7D%7B2%7D)%7D%5Cbiggr)%3B%5C%5C%26(7)%20y%3De%5E%7B%5Coperatorname%7Barcsin%7D%5Csqrt%7Bx%7D%7D%3B%5C%5C%26(8)%20y%3D%5Clg%7B(a%5E%7Bx%7D%2Bb%5E%7Bx%7D)%7D%3B%5C%5C%26(9)%20y%3Da%5E%7B%5Cmathrm%7Btg%7Dx%7D%20%3B%5C%5C%26(10)%20y%3D%5Carctan%5Cfrac%7B2%7D%7Be%5E%7Bx%7D%2Be%5E%7B-x%7D%7D%20(x%3E0)%3B%5C%5C%26(11)%20y%3D%5Csqrt%7B(x-a)(x-b)(x-c)%7D%3B%5C%5C%26(12)%20y%3D%5Cln%7B(%5Ccsc%7Bx%7D-%5Ccot%7Bx%7D)%7D.%0A%5Cend%7Baligned%7D

10、一金属圆盘受热膨胀,它的半径以 0.01厘米/秒 的速度均匀增大,当它的半径等于 2 厘米时,它的面积的增大速度是多少?(提示:圆面积 S=π r²,把 S 和 r 都看成 t 的函数)

11、求证抛物线 √x+√y=√a 上任意一点处的切线在两坐标袖上裁距的和等于 a  。

12、求垂直于直线 2x+4y-3=0 并与双曲线 x²/2-y²/7=1 相切的直线的方程。

13、某运动物体由点 O 开始作直线运动,经过 t 秒后它和点 O 的距离为 s=(1/4)t⁴-4t³+16t²  。

(1) 此物体什么时刻在 O 点(即 s=0)?

(2) 什么时刻它的速度为 0?

(3) 什么时刻它的加速度值为 11?

14、求下列函数的二阶导数:

%5Cscriptsize%5Cbegin%7Baligned%7D%26(1)%20y%3D%5Csin%20ax%2B%5Ccos%20bx%3B%5C%5C%26(2)%20y%3De%5E%7B%5Csqrt%7Bx%7D%7D%2Be%5E%7B-%5Csqrt%7Bx%7D%7D%3B%5C%5C%26(3)%20y%3D%5Cfrac%7Bx%5E%7B2%7D%2B1%7D%7B(x%2B1)%5E%7B3%7D%7D%3B%5C%5C%0A%26(4)%20y%3D%5Carg%5Cfrac%7Be%5E%7Bx%7D-e%5E%7B-x%7D%7D%7B2%7D.%5Cend%7Baligned%7D

15、求下列函数 y 在指定点处的一阶导数及二阶导数:

%5Cscriptsize%5Cbegin%7Baligned%7D%7B(1)%7D%26%7By%3D%5Csqrt%7B3x%7D%2B%5Cfrac%7B13%7D%7B%5Csqrt%7B3x%7D%7D%2C%7D%26%7B%5Ctext%7B%E7%82%B9%7Dx%3D3%3B%7D%5C%5C%7B(2)%7D%26%7By%3Dx%5Csqrt%7Bx%5E%7B2%7D-16%7D%2C%7D%26%7B%5Ctext%7B%E7%82%B9%7Dx%3D5.%7D%5Cend%7Baligned%7D

16、一物体作阻尼运动,运动规律为

%5Cscriptsize%20x%3De%5E%7B-2%20t%7D%5Csin%5Cbiggl(3%20t%2B%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B6%7D%5Cbiggr)

求运动物体的速度和加速度。

17、求下列函数的徽分:

%5Cscriptsize%5Cbegin%7Baligned%7D%26(1)%20y%3D(2x%5E%7B3%7D-3x%5E%7B2%7D%2B6x)%5E%7B2%7D%3B%5C%5C%26(2)%20y%3D(e%5E%7Bx%7D%2Be%5E%7B-x%7D)%5E%7B2%7D%3B%5C%5C%0A%26(3)%20y%3D%5Cfrac%7B%5Cln%20x%7D%7B%5Csqrt%7Bx%7D%7D%3B%5C%5C%26(4)%20y%3D%5Ctext%7Barctg%7D%5Cfrac%7B1-x%5E%7B2%7D%7D%7B1%2Bx%5E%7B2%7D%7D.%5Cend%7Baligned%7D

18、设 y=cos²φ,当 φ 从 60° 变到 60°30' 时,求函数 y 的微分。

19、单摆的周期 T(秒)与单摆的长度 l(厘米)之间,

%5Cscriptsize%20T%3D2%5Cpi%5Csqrt%7B%5Cfrac%7Bl%7D%7B980%7D%7D  。

长度为 20 厘米的单摆加长 1 厘米后,它的周期大约增加多少?

20、利用近似公式 f(x)≈f(x₀)+f'(x₀)(x-x₀) 求下列各式的近似值:

(1) sin29°;

(2) arctg0.97  。

21、当 | x | 很小时,导出下列近似公式:

%5Csmall%5Cbegin%7Baligned%7D%7B(1)%7D%26%7B%5Cfrac%7B1%7D%7B1%2Bx%7D%5Capprox1-x%20%3B%7D%26%7B(8%5E%7B%5Ccirc%7D)%7D%5C%5C%7B(2)%7D%26%7B%5Cmathrm%7Barctg%7Dx%5Capprox%20x.%7D%26%7B(9%5E%7B%5Ccirc%7D)%7D%5C%5C%5Cend%7Baligned%7D

22、计算下列各式的近似值:

(1) ³√1.02;

(2) 1/√99.5

(3) log1.010.997  。

23、已知 f(x)=x/√(x²+9),求 f(0.03) 的近似值。

24、如图,一透镜的凸面半径是 R,口径是 2h(h 比 R 小得多),厚度是 δ  。

%5Csmall%5Cdelta%5Capprox%5Cfrac%7Bh%5E%7B2%7D%7D%7B2R%7D

B组

25、证明双曲线 xy=a(a 为不等于零的常数)上任意一点处的切线和坐标抽所构成的三角形的面积等于 2 | a |  。

26、设函数

%5Cscriptsize%20f(x)%3D%5Cbegin%7Bcases%7Dx%5E2%2C%26x%5Cleqslant1%3B%5C%5Cax%2Bb%2C%26x%3E1.%5Cend%7Bcases%7D

为了使 f(x) 在点 x=1 处连续而且可导,应该怎样选取系数 a,b?

27、把 y=arcsinx 变形为 x=siny,利用隐函数的求导法则,证明:

%5Csmall(%5Cmathrm%7Barc%7D%5Csin%20x)%5E%7B%5Cprime%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%7B1-x%5E%7B2%7D%7D%7D  。

28、一质量为 3 公斤的物体挂于弹簧的下端,在 O 点上下振动,振动规律为 x=10sint  。求振动过程中的最大动能。(位移单位为厘米,时间单位为秒)

29、一倒置圆锥形的容器,它的轴截面是一等边三角形,以每秒 100 立方厘米的速度往容器内加水,求当水面高度为 20 厘米时水面上升的速度。(提示:先写出容器内水的体积与水面高度的函数关系)

30、从上口直径为 12 厘米,深为 18 厘米的锥形漏斗中流出溶液,当液面高度从 10 厘米下降到 9.8 厘米时,求流出溶液的容积的近似值。


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