埼玉大学 理工学研究科 数理電子情報系専攻 情報システム工学コース 2018年2月実施 微分積分
Author
思齐塾, 祭音Myyura
Description
- 以下の問に答えよ. [Solve the following problems. ]
(a) 次の極限値を求めよ. [Find the following limit. ]
x→0limx32sinx−sin2x
(b) 以下の関数のマクローリン展開を x4 の項まで求めよ。 [Find the Maclaurin expansion of the following function up to the term of x4 . ]
f(x)=1+x2
(c) 以下の曲面の点 (a,b,0) における接平面の式を求めよ. [Find the equation of the tangent plane to the following surface at the point (a,b,0) .]
z=a2x2−b2y2(a=0,b=0)
(d) 次の二重積分を求めよ. [Find the following double integral. ]
∬Dxdxdy,D:x2+y2≤1,0≤y≤x
题目描述
- 回答下列问题。
(a) 求极限
x→0limx32sinx−sin2x.
(b) 将函数
f(x)=1+x2
作 Maclaurin 展开,写到 x4 项为止。
(c) 求曲面
z=a2x2−b2y2(a=0, b=0)
在点 (a,b,0) 处的切平面方程。
(d) 计算二重积分
∬Dxdxdy,
其中
D:x2+y2≤1,0≤y≤x.
Kai
(a)
x→0limx32sinx−sin2x=x→0limx32sinx−2sinxcosx=x→0limx32sinx(1−cosx)=x→0limx2sinx⋅x21−cosx=2⋅1⋅21=1
(Using limx→0xsinx=1 and limx→0x21−cosx=21 )
(b)
f(x)=1+x2=(1+x2)1/2
Using the binomial series expansion:
(1+u)n=1+nu+2!n(n−1)u2+3!n(n−1)(n−2)u3+...
In our case, u=x2 and n=21 .
f(x)=1+21x2+2!21(−21)(x2)2+...=1+21x2−81x4+...
So the Maclaurin expansion up to the term of x4 is:
f(x)≈1+21x2−81x4
(c)
z=f(x,y)=a2x2−b2y2
∂x∂z=a22x,∂y∂z=−b22y
At the point (a,b,0) :
∂x∂z(a,b)=a22a=a2,∂y∂z(a,b)=−b22b=−b2
The equation of the tangent plane is given by:
z−z0=∂x∂z(x0,y0)(x−x0)+∂y∂z(x0,y0)(y−y0)
In our case, (x0,y0,z0)=(a,b,0) .
z−0=a2(x−a)−b2(y−b)
z=a2x−2−b2y+2
z=a2x−b2y
(d)
D:x2+y2≤1,0≤y≤x
Converting to polar coordinates: x=rcosθ , y=rsinθ , dxdy=rdrdθ .
x2+y2≤1⇒r2≤1⇒0≤r≤1
0≤y≤x⇒0≤rsinθ≤rcosθ⇒0≤sinθ≤cosθ⇒0≤θ≤4π
∬Dxdxdy=∫0π/4∫01rcosθ⋅rdrdθ=∫0π/4cosθdθ∫01r2dr=[sinθ]0π/4⋅[3r3]01=(sin(4π)−sin(0))⋅(31−0)=22⋅31=62