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MA102a 2024春 期末 答案

2024春数学分析2(H)期末考试答案-马嘉麒

F1(x,y,z)=x3+y3+z33xyz,F2(x,y,z)=x+y+za

(dydxdzdx)=(F1yF1zF2yF2z)1(F1xF2x)=(3y23xz3z23xy11)1(3x23yz1)=13(y+z)(yzx)(13xy3z213y23xz)(3x23yz1)=((zx)(z+x+y)(y+z)(yzx)(xy)(x+y+z)(y+z)(yzx))dydx=(zx)(z+x+y)(y+z)(yzx),dzdx=(xy)(x+y+z)(y+z)(yzx)

2-1

C={(x,y)x0,y0,x+y1}

Ddxdydz(2+x+y)2=Cdxdy01xydz(2+x+y)2=C1xy(2+x+y)2dxdy=01dx01x1xy(2+x+y)2dy=01(01x(3(2+x+y)212+x+y)dy)dx=01(3x+23dyy2x+23dyy)dx=01(3x+2ln3x+21)dx=23(3xln3x1)dx=3ln321(xln3x|2323xd(ln3x))=5ln322

2-2

Cz={(x,y)x0,y0,x+y1z}

Ddxdydz(2+x+y)2=01dzCzdxdy(2+x+y)2=01dz01zdx01zxdy(2+x+y)2=01dz01z(1z3+1x+2)dx=01(1zz3+ln3z2)dz=5ln322

3-(1)

12dx2x2xf(x,y)dy=01dy2y2f(x,y)dx+13dyy2+122f(x,y)dy

3-(2)

01dx01xdy0x+yf(x,y,z)dz=01dy01ydx0x+yf(x,y,z)dz=01dy0ydz01yf(x,y,z)dx+01dyy1dzzy1yf(x,y,z)dx=01dzz1dy01yf(x,y,z)dx+01dz0zdyzy1yf(x,y,z)dx

P=x2lny,Q=x33y,Γ:y=x+5(1x4)

Py=Qx=x2y

Γx2lnydx+x33ydy=Γx2lnydx+x33ydy=14(x2ln(5x)x33(5x))dx=13x3ln(5x)|14=23ln2

F(x,y,z)=f(x,y,z)+λ1(x+y+z12)+λ2(x2+y2+z256)

=(λ1+1)x+(λ1+3)y+(λ1+5)z+λ2x2+λ2y2+λ2z22λ156λ2

Fx=λ1+1+2λ2x=0(1)Fy=λ1+3+2λ2y=0(2)Fz=λ1+5+2λ2z=0(3)

(1)+(2)+(3)λ1+8λ2+3=0(4)

(4) 带入 (1)(2)(3)

x=4λ2+1λ2(5)y=4,(6)z=4λ21λ2(7)

(5)(6)(7) 带入 x2+y2+z2=56{λ2=12x=6y=4z=2{λ2=12x=2y=4z=6

由连续函数在有界闭集上必然取到最小值和最大值,f(6,4,2)=28f(2,4,6)=44

f(x,y,z) 在前述条件下的最大值为 44

证明:由Gauss 公式, Ω(Px+Qy+Rz)(x,y,z)dxdydz=0

g(x,y,z)=(Px+Qy+Rzf)(x,y,z),

由积分平均值定理得在在 (x0,y0,z0)Ω¯ 使得

Ωg(x,y,z)dxdydz=g(x0,y0,z0)V(Ω) ,即

(Px+Qy+Rz)(x0,y0,z0)=f(x0,y0,z0)1V(Ω)Ωf(x,y,z)dxdydz

七 证明

7-(1)

f(x+h)f(x)=Jf(x)h+r(h) ,其中 limh0r(h)h=0

f(x+h)f(x),hαh2

Jf(x)h,h+r(h),hαh2

利用Cauchy-Schwarz不等式得

Jf(x)h,hαh2r(h),hαh2r(h)h

对于 ε=12α,δ>0,hBδ(0)r(h)h<ε

Jf(x)h,h(αε)h2=α2h2>0

detJf(x)=0 ,则 Jf(x) 有特征值 0 ,设 h0 为对应的特征向量,则 Jf(x)h=0

x>0 充分大使得 hxBδ(0) ,则 Jf(x)hx,hx=0 ,矛盾

detJf(x)0

7-(2)

fC(Rn) 及det Jf(x)0 可得 f(Rn) 为开集

x0Rn,αx2f(x)f(0),xf(x)f(0)x

αxf(x)f(0)f(x)+f(0)

若点列 {f(xi)} 有界,即存在 r>0 使得 f(xi)<r ,则 xi<r+f(0)α ,则点列 {xi} 有界

f(Rn) 中任一收敛点列 {f(xi)} ,由于 {f(xi)} 收敛,故 f(xi) 有界,则 {xi} 有界,由

Bolzano-Weierstrass定理,取出 {xi} 中收敛子列 {xki} ,设 limixki=x ,由 f 的连续性

limif(xki)=f(x)=limif(xi)

limif(xi)f(Rn)

f(Rn) 是闭集

因此 f(Rn)c 是开集,而 Rn=f(Rn)f(Rn)c ,但是 Rn 是连通集,不能分解成两个不相交的非空开集之并,故 f(Rn)f(Rn)c 中有一个是空集,故 f(Rn)=Rn

证明:设 φ:R2R2,(r,θ)(rcosθ,rsinθ) ,则 (fφ)r=fxcosθ+fysinθ

limε0+ε2x2+y211x2+y2(xfx+yfy)(x,y)dxdy=limε0+02πdθε11r2(rcosθfx+rsinθfy)rdr=limε0+02πdθε1(fφ)rdr=limε0+02π[(fφ)(1,θ)(fφ)(ε,θ)]dθ=limε0+02π[(fφ)(ε,θ)]dθ

由积分平均值定理知存在 θ0[0,2π] 使得 02π[(fφ)(ε,θ)]dθ=2π(fφ)(ε,θ0)

f 的连续性知 limε0+02π[(fφ)(ε,θ)]dθ=2πlimε0+(fφ)(ε,θ0)=2πf(0,0)