大题按步骤给分——解析里的每一步都是答题卷上该写的。每题限时 10~12 分钟。

大题 1(极限)

计算 lim⁡x→0tan⁡x−sin⁡xx3\lim_{x \to 0}\dfrac{\tan x-\sin x}{x^3}

完整解答

提取公因式化加减为乘除(深坑 A1/避坑 1):

tan⁡x−sin⁡x=tan⁡x(1−cos⁡x)∼x⋅x22=x32\tan x-\sin x=\tan x(1-\cos x)\sim x\cdot\frac{x^2}{2}=\frac{x^3}{2}

所以原式 =lim⁡x3/2x3=12=\lim\dfrac{x^3/2}{x^3}=\dfrac12。

大题 2(间断点)

讨论 f(x)=x−1x2−1f(x)=\dfrac{x-1}{x^2-1} 的间断点及其类型。

完整解答

无定义点 x=±1。约分 f=1x+1f=\dfrac{1}{x+1}(x≠1)。

  • x=1:lim⁡=12\lim=\dfrac12 存在 → 可去间断点(第一类)
  • x=−1:lim⁡=∞\lim=\infty → 无穷间断点(第二类)

大题 3(隐函数求导)

设 x2+xy+y2=4x^2+xy+y^2=4,求 y′y' 及 y′∣(1,1)y'\big|_{(1,1)}。

完整解答

两边对 x 求导(y 的项带 y′):

2x+y+xy′+2yy′=0 ⇒ y′=−2x+yx+2y2x+y+xy'+2yy'=0\ \Rightarrow\ y'=-\frac{2x+y}{x+2y}

代 (1,1):y′=−33=−1y'=-\dfrac{3}{3}=-1。

大题 4(参数方程)

设 x=ln⁡(1+t2), y=t−arctan⁡tx=\ln(1+t^2),\ y=t-\arctan t,求 dydx\dfrac{dy}{dx}。

完整解答x′=2t1+t2,y′=1−11+t2=t21+t2x'=\frac{2t}{1+t^2},\qquad y'=1-\frac{1}{1+t^2}=\frac{t^2}{1+t^2}dydx=y′x′=t2/(1+t2)2t/(1+t2)=t2\frac{dy}{dx}=\frac{y'}{x'}=\frac{t^2/(1+t^2)}{2t/(1+t^2)}=\frac{t}{2}

(中间结果化简要彻底,最后答案最简)

大题 5(单调与极值)

求 f(x)=x3−3x2+2f(x)=x^3-3x^2+2 的单调区间与极值。

完整解答

① 定义域 R;② f′=3x2−6x=3x(x−2)f'=3x^2-6x=3x(x-2),驻点 x=0,2; ③ 列表:x<0 增,0<x<2 减,x>2 增; ④ 极大 f(0)=2f(0)=2,极小 f(2)=−2f(2)=-2。增区间 (−∞,0)∪(2,+∞)(-\infty,0)\cup(2,+\infty),减区间 (0,2)。

大题 6(最值应用)

某商品需求量 q=100−2pq=100-2p(p 为价格),问价格 p 定为多少时收入 R=pqR=pq 最大?最大收入是多少?

完整解答

R(p)=p(100−2p)=100p−2p2R(p)=p(100-2p)=100p-2p^2,定义域 0<p<50。 R′=100−4p=0R'=100-4p=0 → p=25;R′′=−4<0R''=-4<0 为最大。 最大收入 R(25)=25×50=1250R(25)=25\times50=1250。 答:定价 25 时收入最大,为 1250。

大题 7(不定积分)

求 ∫dxx2−4\int\dfrac{dx}{x^2-4}

完整解答

拆项:1(x−2)(x+2)=14(1x−2−1x+2)\dfrac{1}{(x-2)(x+2)}=\dfrac14\left(\dfrac{1}{x-2}-\dfrac{1}{x+2}\right)

∫dxx2−4=14ln⁡∣x−2x+2∣+C\int\frac{dx}{x^2-4}=\frac14\ln\left|\frac{x-2}{x+2}\right|+C

(公式直写:∫dxx2−a2=12aln⁡∣x−ax+a∣+C\int\frac{dx}{x^2-a^2}=\frac{1}{2a}\ln\left|\frac{x-a}{x+a}\right|+C,a=2)

大题 8(分部积分)

求 ∫xarctan⁡x dx\int x\arctan x\,dx

完整解答

反三角当 u:x22arctan⁡x−12∫x21+x2dx\dfrac{x^2}{2}\arctan x-\dfrac12\int\dfrac{x^2}{1+x^2}dx

∫x21+x2dx=∫(1−11+x2)dx=x−arctan⁡x\int\frac{x^2}{1+x^2}dx=\int\left(1-\frac{1}{1+x^2}\right)dx=x-\arctan x

所以原式 =x22arctan⁡x−x2+12arctan⁡x+C=\dfrac{x^2}{2}\arctan x-\dfrac x2+\dfrac12\arctan x+C。

大题 9(定积分换元)

求 ∫0ln⁡2ex−1 dx\int_0^{\ln 2}\sqrt{e^x-1}\,dx

完整解答

令 t=ex−1t=\sqrt{e^x-1} → x=ln⁡(1+t2), dx=2t1+t2dtx=\ln(1+t^2),\ dx=\dfrac{2t}{1+t^2}dt;换限:x=0→t=0,x=ln2→t=1。

∫0ln⁡2ex−1 dx=∫01t⋅2t1+t2dt=2[t−arctan⁡t]01=2−π2\int_0^{\ln2}\sqrt{e^x-1}\,dx=\int_0^1 t\cdot\frac{2t}{1+t^2}dt=2\left[t-\arctan t\right]_0^1=2-\frac{\pi}{2}

(换元换限一步不落——深坑 C2 的反面示范)

大题 10(面积)

求 y2=2xy^2=2x 与 y=x−4y=x-4 所围图形的面积。

完整解答

交点:x=y22=y+4⇒y2−2y−8=0⇒y=4, −2x=\dfrac{y^2}{2}=y+4 \Rightarrow y^2-2y-8=0 \Rightarrow y=4,\ -2,交点 (2,−2)、(8,4)。

沿 y 积分(右减左):

S=∫−24[(y+4)−y22]dy=[y22+4y−y36]−24=18S=\int_{-2}^{4}\left[(y+4)-\frac{y^2}{2}\right]dy =\left[\frac{y^2}{2}+4y-\frac{y^3}{6}\right]_{-2}^{4}=18

(沿 y 积分比拆 x 简单一倍——画图定积分变量)

大题 11(一阶线性)

解 y′=yx+x2y'=\dfrac yx+x^2

完整解答

化为标准形 y′−1xy=x2y'-\dfrac1x y=x^2,P=−1xP=-\dfrac1x,e∫Pdx=1xe^{\int P dx}=\dfrac1x。

方程两边乘 1/x:(yx)′=x\left(\dfrac yx\right)'=x → yx=x22+C\dfrac yx=\dfrac{x^2}{2}+C

通解 y=x32+Cxy=\dfrac{x^3}{2}+Cx。

大题 12(二阶非齐次)

解 y′′−4y′+4y=e2xy''-4y'+4y=e^{2x}

完整解答

① 齐次:(r−2)2=0(r-2)^2=0 → Y=(C1+C2x)e2xY=(C_1+C_2x)e^{2x} ② 右端 λ=2 是二重特征根 → k=2,设 y∗=ax2e2xy^*=ax^2e^{2x}(不是 Ae^{2x}!) ③ 代入定系数得 a=12a=\dfrac12(深坑 D3:漏乘 x² 代入会矛盾) ④ 通解:

y=(C1+C2x)e2x+x22e2xy=(C_1+C_2x)e^{2x}+\frac{x^2}{2}e^{2x}