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8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→0lim1−cosxsinx2
(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)=x2cosx
(c) 次の不定積分を求めよ. [ Find the following indefinite integral. ]
∫exsinxdx
(d) a,b を定数とする。次の二重積分を求めよ. [ Let a and b be constants. Find the following double integral. ]
∬D(ax2+by2)dxdy,D:x2+y2≤1
题目描述
- 回答下列问题。
(a) 求极限
x→0lim1−cosxsinx2.
(b) 将函数
f(x)=x2cosx
作 Maclaurin 展开,写到 x4 项为止。
(c) 求不定积分
∫exsinxdx.
(d) 设 a,b 为常数,计算二重积分
∬D(ax2+by2)dxdy,
其中
D:x2+y2≤1.
Kai
(a)
x→0lim1−cosxsinx2=x→0lim1−cosxsinx2⋅1+cosx1+cosx=x→0limsin2xsinx2(1+cosx)=x→0limx2sinx2⋅sin2xx2⋅(1+cosx)=x→0limx2sinx2⋅(sinxx)2⋅(1+cosx)=1⋅12⋅(1+1)=2
(b)
cosx=1−2!x2+4!x4−…
f(x)=x2cosx=x2(1−2x2+24x4−…)=x2−2x4+O(x6)
So the Maclaurin expansion up to the term of x4 is
x2−2x4
.
(c)
Let I=∫exsinxdx . Integrating by parts, we have
I=exsinx−∫excosxdx
I=exsinx−(excosx−∫ex(−sinx)dx)=exsinx−excosx−∫exsinxdx=exsinx−excosx−I
Thus, 2I=exsinx−excosx+C , so I=21ex(sinx−cosx)+C , where C is an arbitrary constant.
(d)
Using polar coordinates x=rcosθ and y=rsinθ , we have x2+y2=r2 and dxdy=rdrdθ . The region D is described by 0≤r≤1 and 0≤θ≤2π .
∬D(ax2+by2)dxdy=∫02π∫01(ar2cos2θ+br2sin2θ)rdrdθ=∫02π∫01(acos2θ+bsin2θ)r3drdθ
=∫02π(acos2θ+bsin2θ)[4r4]01dθ=41∫02π(acos2θ+bsin2θ)dθ=41∫02π(a21+cos(2θ)+b21−cos(2θ))dθ
=81∫02π(a+acos(2θ)+b−bcos(2θ))dθ=81∫02π((a+b)+(a−b)cos(2θ))dθ=81[(a+b)θ+2a−bsin(2θ)]02π
=81(a+b)(2π)=4π(a+b)