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高等数学竞赛题解析教程2016:高阶导数求解

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:,应用莱布尼兹公式得例2.25设,求f.解析应用多项式除法,有由于所以例2.26设y=ln,求y.解析由于故例2.27设求f.解析已知即f′=-1.等式两边对x求(n-1)阶导数,应用莱布尼兹公式,得令x=0,得而故f′=-1,f″=0.所以当n为偶数时,f=0;当n为奇数时,!)2例2.29设y=xn-1lnx,求y.解析由归纳假设则所以(*)k+1成立,于是(*)k对k=1,2,…

高等数学竞赛题解析教程2016:高阶导数求解

例2.16(南京大学1995年竞赛题) 设f′(0)=1,f″(0)=0,求证:在x=0处,有

解析 应用复合函数的链锁法则,有

所以=2f′(0)+0=2.而

所以=2(f′(0))2+2f(0)f″(0)=2.得证.

例2.17(江苏省2006年竞赛题) 设x=ln(1+t2),y=arctant,求

解析 应用参数式函数求导公式,有

例2.18(全国大学生2009年初赛题) 设y=y(x)由方程xef(y)=eyln29确定,其中f具有二阶导数,且f′≠1,则

解析 显见x>0,原式两边取对数得

lnx+f(y)=y+lnln29

两边对x求导数得

由(*)式可得(*)式两边对x再求导数得

由此式解出y″,并利用y′的表达式可得

例2.19(江苏省2000年竞赛题) 若y=y(x)由方程组确定,求

解析 由x=t2-t,x′(t)=2t-1,x″(t)=2,所以x′(0)=-1,x″(0)=2.设由tey+y+1=0确定y=y(t),则y(0)=-1.方程两边对t求导得

ey+tey·y′(t)+y′(t)=0 (*)

令t=0得e-1+0+y′(0)=0,所以y′(0)=

(*)式两边求t求导数得

2eyy′(t)+tey(y′(t))2+teyy″(t)+y″(t)=0

令t=0得2e-1y′(0)+0+0+y″(0)=0,所以y″(0)=

于是

例2.20(江苏省1994年竞赛题) 设

解析 由导数的定义,有

当x≠0时,再用定义求f″(0)得

例2.21(南京大学1996年竞赛题) 已知f(x)=cos2x,求f(2n)(0).

解析 由于,所以

例2.22(南京大学1996年竞赛题) 已知,求f(n)(3).

解析 将f(x)分解为部分分式,即

由公式可得

令x=3,得(www.xing528.com)

例2.23(江苏省1991年竞赛题) 设其中m,n为正整数,则P(1)=________.

解析 因为

(1-xmn=(1-x)n·(1+x+x2+…+xm-1n

令u(x)=(1-x)n,v(x)=(1+x+…+xm-1n,应用莱布尼兹公式,因u(1)=u′(1)=…=u(n-1)(1)=0,u(n)(1)=(-1)nn!,所以

P(1)=v(n)(1)u(1)+nv(n-1)(1)u′(1)+…+v(1)u(n)(1)

=0+0+…+0+mn(-1)nn!=(-1)nmn·n!

例2.24(江苏省1994年竞赛题) 设f(x)=(x2-3x+2)ncos,求f(n)(2).

解析 由f(x)=(x-2)n(x-1)ncos,令u(x)=(x-2)n,v(x)=(x-1)ncos,由于u(2)=u′(2)=…=u(n-1)(2)=0,u(n)(2)=n!,应用莱布尼兹公式得

例2.25(广东省1991年竞赛题) 设,求f(n)(x).

解析 应用多项式除法,有

由于所以

例2.26(江苏省2012年竞赛题) 设y=ln(1-x2),求y(n).

解析 由于

例2.27(浙江省2004年竞赛题) 设求f(n)(0).

解析 已知

即(1+x2)f′(x)=-1.等式两边对x求(n-1)阶导数,应用莱布尼兹公式,得

令x=0,得

故f′(0)=-1,f″(0)=0.所以当n为偶数时,f(n)(0)=0;当n为奇数时,!.即

例2.28(精选题) 设求y(n)(0).

解析 由

令x=0,得y(n+1)(0)=n2y(n-1)(0).由于y′(0)=1,y″(0)=y(0)=0,所以

y(2n)(0)=0,y(2n+1)(0)=4n(n!)2

例2.29(南京大学1996年竞赛题) 设y=xn-1lnx,求y(n).

解析 由

归纳假设

所以(*)k+1成立,于是(*)k对∀k=1,2,…,n-1成立.当k=n-1时

于是

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