第二大题
求积分:
∫1−x2xarctanx dx.
I=−1−x2arctanx−∫(−1−x2)⋅1+x21dx=−1−x2arctanx+∫1+x21−x2dx
J=∫1+x21−x2dx作三角代换 x=sint,则 dx=costdt,1−x2=cost。
于是
利用恒等式 cos2t=1−sin2t:
因为
1+sin2t1−sin2t=1+sin2t−(1+sin2t)+2=−1+1+sin2t2所以
J=−t+2∫1+sin2tdt
用 u=tant 代换,则 sin2t=1+u2u2,dt=1+u2du:
=∫1+1+u2u21⋅1+u2du=∫1+2u21+u2⋅1+u2du这是标准积分:
∫1+2u2du=21arctan(2u)代回 u=tant,并由 x=sint,得 tant=1−x2x。所以
2∫1+sin2tdt=2arctan(1−x22x)
因此
J=−arcsinx+2arctan(1−x22x)+C代回 I:
I=−1−x2arctanx−arcsinx+2arctan(1−x22x)+C
第四大题
设f(x,y)=⎩⎨⎧x2arctanxy−y2arctanyx,0,xy=0xy=0,求fx′(x,y),fxy′′(x,0)
当 xy=0 时求 fx′(x,y)
此时函数为:
f(x,y)=x2arctanxy−y2arctanyxfx′(x,y)=2xarctanxy−y
当 xy=0 时用定义求 fx′(x,y)
(1) 在 (x,0) 且 x \neq 0$$,y= 0:
fx′(x,0)=h→0limhf(x+h,0)−f(x,0)由分段定义,f(x,0)=0;
所以 fx′(x,0)=0。
该式也符合公式 2xarctan(0)−0=0,在 x=0 时是连续的。
(2) 在 (0,y) 且 y \neq 0$$,x = 0:
fx′(0,y)=h→0limhf(h,y)−f(0,y)由于分子出现0⋅∞不定式,不能直接带入
当 h=0 时,hy=0,可用解析表达式:
f(h,y)=h2arctanhy−y2arctanyh因此:
fx′(0,y)=h→0limhh2arctanhy−y2arctanyh=h→0lim[harctanhy]−h→0limhy2arctanyh=0−y=−y这也和公式 2⋅0⋅arctan0y−y 的极限形式相符(如令 arctan∞=π/2,则 2⋅0⋅π/2=0,减去 y 得 -y)。
先在 y=0 附近考虑 fx′(x,y)。
当 y=0:
fx′(x,y)=2xarctanxy−y对 y 求偏导(x 常数):
fxy′′(x,y)=x2+y22x−1当 x=0 时:
fxy′′(x,0)=x22x−1=x2−1特别地,如果要求 fxy′′(0,0),则需用定义:
fxy′′(0,0)=k→0limkfx′(0,k)−fx′(0,0)由之前结果:fx′(0,k)=−k,fx′(0,0)=0,所以:
=k→0limk−k−0=−1
第五大题
已知可微函数f(u,v)满足∂u∂f(u,v)−∂v∂f(u,v)=2(u−v)e−(u+v),且f(u,0)=u2e−u,(1)记g(x,y)=f(x,y−x),求∂x∂g(x,y);(2)求f(u,v)的表达式.
求偏积分:
g(x,y)=∫2(2x−y)e−ydx=2(x2−xy)e−y+h(y),由g(x,x)=f(x,0)=x2e−x,得:
h(y)=y2e−y,故:
g(x,y)=∫2(2x−y)e−ydx=2(x2−xy)e−y+h(y),令u=x,v=y−x,得:
f(u,v)=(u2+v2)e−(u+v)