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高等数学竞赛题解析教程:求高阶导数的例题

更新时间:2025-01-19 工作计划 版权反馈
【摘要】:+xm-1)n,应用莱布尼兹公式,因u=u′=…=u(n-1)=0,u=(-1)nn!,所以例2.18设,求f.解析由,令u=(x-2)n,v=,由于u=u′=…)2例2.23设y=xn-1lnx,求y.解析由归纳假设所以(*)k+1成立,于是(*)k对k=1,2,…

例2.12(江苏省2016年竞赛题) 设函数

f(x)=(x-1)(x-2)2(x-3)3(x-4)4

试求f″(2).

解析 令g(x)=(x-1)(x-3)3(x-4)4,则f(x)=(x-2)2g(x),应用莱布尼茨公式可得

于是

例2.13(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 因为f″(0)=0,所以f′(x)在x=0处可导,因此f′(x)在x=0处连续.令F(x)=f(x2),则

F′(x)=2xf′(x2), F′(0)=0

应用二阶导数的定义得

又令G(x)=f2(x),则

G′(x)=2f(x)f′(x), G′(0)=2f(0)f′(0)=2f(0)

应用二阶导数的定义得

综上,原式得证.

例2.14(江苏省1994年竞赛题) 设则f″(0)=____.

解析 由导数的定义,有

当x≠0时,,再用定义求f″(0)得

例2.15(全国大学生2009年预赛题) 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2.16(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

令t=0得e-1+0+y′(0)=0,所以.

(*)式两边求t求导数得

令t=0得2e-1y′(0)+0+0+y″(0)=0,所以.(www.xing528.com)

于是

例2.17(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

例2.18(江苏省1994年竞赛题) 设,求f(n)(2).

解析 由,令u(x)=(x-2)n,v(x)=,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2.19(广东省1991年竞赛题) 设,求f(n)(x).

解析 应用多项式除法,有

例2.20(江苏省2012年竞赛题) 设y=ln(1-x2),求y(n).

解析 由于

例2.21(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

f(n)(0)=-(n-1)(n-2)f(n-2)(0)

,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

例2.22(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2.23(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

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