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第六章定積分及其應(yīng)用1.證明:設(shè)為上連續(xù)且非負(fù),則的充要條件為在上恒為零,即。證明:充分性是顯然的,以下證明必要性。法1:反證法。若存在為的某一連續(xù)點(diǎn),且,則,使,從而有與已知矛盾。從而結(jié)論成立。法2:對(duì)一切的有從而,。那么即。2.利用定積分求極限:1);2)。解:1)2)3.設(shè)在上為連續(xù)函數(shù),為單調(diào)的連續(xù)可微函數(shù)。證明:存在,使得。證明:這是加強(qiáng)條件的積分第二中值定理,有一個(gè)不難的證明。設(shè),,則有由假設(shè)為單調(diào)函數(shù),故不變號(hào),從而,使得4.設(shè)連續(xù),,求。解:令,則所以。5.設(shè)連續(xù),且,求。解:令,對(duì)兩邊積分有:所以。則。6.設(shè)在區(qū)間上可微,且滿足條件。試證:存在,使。證明:令,則存在,使又由在上連續(xù),在內(nèi)可導(dǎo)且,由Rolle定理可知:所以左右。11.設(shè),求。解:法1:令,則,法2:即原式12.若函數(shù)在上有連續(xù)導(dǎo)數(shù),且,證明:。證明:由,利用Cauchy-Schwarz不等式同理由,記,于是13.證明Cauchy-Schwarz不等式:若和都在上可積,則有證明:法1:對(duì)任意實(shí)數(shù)上式右端是的二次三項(xiàng)式,則其判別式非正,即故原式得證。法2:令,則。所以在上單調(diào)遞增,即。14.(Young不等式)設(shè)()是嚴(yán)格單調(diào)增加的連續(xù)函數(shù),。是它的反函數(shù),求證:(,)等號(hào)僅當(dāng)時(shí)成立。證明:1先證成立。(2)由是嚴(yán)格單調(diào)增加的連續(xù)函數(shù),故在也是嚴(yán)格單調(diào)增加的連續(xù)函數(shù),故式(2)中的積分有意義。將等份,記分點(diǎn)為相應(yīng)的點(diǎn)()構(gòu)成區(qū)間的一個(gè)劃分。由在連續(xù),故一致連續(xù),故當(dāng)時(shí),對(duì)上述劃分有:故故式(2)得證。2由式(2)可知,若,則所要證的不等式中等號(hào)成立。3若,則由的連續(xù)性可知,存在,使,于是()4若的情形,只要將看成的反函數(shù),即可由3的結(jié)論得到。5聯(lián)系2、3、4可知所要證明的不等式成立。當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)等號(hào)成立。15.證明Minkowski不等式:若和都在上可積,則有其更一般的形式是()。證明:又由Cauchy-Schwarz不等式得所以從而16.計(jì)算下列積分的值(1)(2)(3)解:(1)。(2)。(3)。17.設(shè)在上連續(xù),在內(nèi)有,證明存在唯一的使曲線與,所圍圖形的面積是曲線與,所圍圖形的面積的三倍。證明:設(shè)對(duì)任意,則,令,。問(wèn)題是要證明存在唯一的使。顯然在上連續(xù),且則存在使。又,即單增,故存在唯一的使。18.求擺線,的一拱(),與軸所圍圖形繞軸旋轉(zhuǎn)所得的旋轉(zhuǎn)體的體積。解:本題用柱殼法求較易。故19.半徑為、比重為的球沉入水中。試求把球提提出水面需作的功。分析:由于球的比重與水相同,處于懸浮狀態(tài),因此可設(shè)初始時(shí)刻球的頂部與水面相齊;而且把球從水中提出的作功問(wèn)題,相當(dāng)于把球形水罐中的水從頂部全部抽出的作功問(wèn)題。只是這里在把球的每一薄片提升至水面時(shí)并不需要作功,需要克服重力作功的是將它繼續(xù)提升至使整個(gè)球離開水面的那一段距離。解:設(shè)球的頂與水面相切,以水平面為軸
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