2021-2022学年下学期期末
2021-2022学年下学期期末试卷(A)(含答案)
一、选择题(20 分,每小题 4 分)
-
设直线
与直线
则 与 的夹角为 。
A.
B.
C.
D.
答案:
C
-
函数
在点 处 。
A. 连续,偏导数存在
B. 连续,偏导数不存在
C. 不连续,偏导数存在
D. 不连续,偏导数不存在
答案:
C
-
设级数 收敛,则必收敛的级数为 。
A.
B.
C.
D.
答案:
C
-
设 ,,, 为四条逆时针方向的平面曲线,记
则 。
A.
B.
C.
D.
答案:
D
-
设函数 具有二阶连续导数,且 ,,则函数
在点 处取得极小值的一个充分条件:。
A.
B.
C.
D.
答案:
A
二、填空题(20 分,每小题 4 分)
-
设 可微,,则
答案:
-
设 为椭圆
将其周长记为 ,则
答案:
-
设 为函数 的正弦级数的和函数,则
答案:
-
设 具有二阶连续偏导数,则
答案:
-
微分方程
的通解为 。
答案:
三、(6 分)
设 是曲面
在点 处的指向外侧的法向量,求函数
在点 处沿方向 的方向导数。
答案:
求方向向量 :令
则
于是可以求得
再求梯度函数 在 点的梯度,简记作 :
最终可得
四、(6 分)
设 由平面曲线
绕 轴旋转所形成的曲面与平面 围成,求
答案:
根据 的形状,设
所求三重积分可以化为累次积分,并进一步化为二重积分:
记后一个二重积分为 ,根据 的形状,利用极坐标求解:
综上可得,原式
五、(8 分)
已知 是第一象限中从点 沿着圆周 到点 ,再沿圆周 到点 的曲线段,计算
答案:
添加有向线段 ,则有
令 为 和 围成的区域,由格林公式得
由线段 的定义可知,,于是有
综上可得,原式
六、(10 分)
求函数
在闭区域
上的最大值和最小值。
答案:
首先,计算开区域内的极值点,解方程
得极值点为 ,其函数值均为 。
其次,计算边界上的最大值和最小值:在边界 上,最大值为 ,最小值为 。对边界 ,构造拉格朗日函数
解方程组
得
其对应的函数值为 和 。通过比较可以得出最大值为 ,最小值为 。
七、(10 分)
若向量场 存在标量场 使得 ,则称 为有势场而 为其势。试证明:场
是有势场,并求这个场的势。
答案:
令
需要证明存在 使得
由于 均连续,因而只需证明存在 使得
由如下关系即可证明 的存在性:
利用第二型曲线积分和特殊路径法求得 :
容易得到
故有
八、(10 分)
设函数 在 内具有连续的一阶导数。若对半空间 内任意的光滑有向封闭曲面 ,都有
求 。
答案:
由高斯公式可知,对任意光滑有向封闭曲面围成的闭区域 ,有
由 的任意性和 的连续性可知
解一阶线性非齐次微分方程
得
九、(10 分)
求级数
的和。
答案:
考察幂级数
由
可知该幂级数的收敛半径为 ,并令其在收敛半径中的和函数为 ,则
接下来求 :
令
接下来求 :
故有
则原式
2021-2022学年下学期期末试卷(B)(含答案)
一、选择题(20 分,每小题 5 分)
-
过点 且与两平面 和 都平行的直线方程为 。
A.
B.
C.
D.
答案:
B
-
设 是有界闭区域 上的连续函数,则当 时,
的极限是 。
A. 不存在
B. 等于
C. 等于
D. 等于
答案:
B
-
曲面积分
在数值上等于 。
A. 面密度为 的曲面 的质量
B. 向量 穿过曲面 的流量
C. 向量 穿过曲面 的流量
D. 向量 穿过曲面 的流量
答案:
D
-
微分方程
的解为 。
A.
B.
C.
D.
答案:
A
二、填空题(20 分,每小题 5 分)
-
设 ,则在点 沿方向
的方向导数是 。
答案:
-
曲线
在点 的法平面方程为 。
答案:
-
设 为顺时针沿圆周 在第一象限中的部分,则
答案:
-
幂级数
的收敛半径是 。
答案:
三、(10 分)
试在曲线
上求一点,使过该点的切线与直线
相交。
答案:
将曲线的一般式方程改写成参数方程
则曲线在任意点 处的切向量为
直线 的方向向量
就取 。在直线 上任取一点 ,因为直线和切线相交,故 ,, 共面,混合积 ,得
解得 ,所求点为 。
四、(10 分)
计算
其中 。
答案:
用极坐标。为化去绝对值,作以原点为圆心、 为半径的圆域 ,大小两圆围成的区域用 表示,则 。
五、(10 分)
计算
由曲面 和 围成。
答案:
根据积分区域及被积函数形式选柱面坐标。由曲面 和 ,得 ,所以
六、(10 分)
设 为沿 从点 依逆时针到点 的半圆,计算
答案:
添加辅助线 :沿 轴从点 到点 。设由 与 所围区域为 。利用格林公式,
七、(10 分)
计算
是球面 ,取外侧。
答案:
因 关于 平面对称, 关于 都是偶函数,所以
设 为 中 的部分, 为 在 上的投影,根据对称性,有
八、(10 分)
讨论级数
的敛散性。
答案:
因为
所以当 时,级数收敛;当 时,级数发散;当 时,级数发散。