東京大学 新領域創成科学研究科 複雑理工学専攻 2023年8月実施 専門基礎科目 1.1 微分積分
Author
犬 (finalized by 祭音Myyura with assistance from GPT 6 Astra)
Description
以下の問に答えよ。すべての定数と変数は実数、関数は実関数とする。e は自然対数の底である。関数 g(x) の一階微分と二階微分を g′(x),g′′(x) と表す。導出の過程を省略し、答えのみ示せ。(40分)
関数 f(x) に関する以下の微分方程式の解を、与えられた初期条件の下で求めよ。
(1) f′′−8f′+16f=0,f(0)=1, f′(0)=3。
(2) f′′+4f′+13f=0,f(0)=1, f′(0)=0。
(3) f′′+4f′+13f=40sinx,f(0)=0, f′(0)=4。
xyz 直交座標系において z=xe−x2−y2 で表される曲面 C を考える。
(1) 曲面 C 上の点 A(x0,y0,z0) において z は最大値 z0 をとる。x0,y0,z0 を求めよ。
(2) 曲面 C 上の点 B(1,1,z1) を考える。z1 と B における接平面の方程式を求めよ。
xy 直交座標系において領域 R={(x,y)∣x2+y2≤1, x≥0, y≥0} を定義する。
(1) ∬Rx2y2dxdy を求めよ。
(2) ∬R(x+y)2dxdy を求めよ。
エルミート多項式 Hn(x) は
Hn(x)=(−1)nex2dxndne−x2
で定義される。n は非負整数であり、H0(x)=1 である。これらの多項式は
Hn′′(x)−2xHn′(x)+2nHn(x)=0
を満たす。また、非負整数 m に対して
∫−∞∞Hm(x)Hn(x)e−x2dx=π2nn!δm,n
が成り立つ。δm,n は m=n で 1、それ以外で 0 となるクロネッカーのデルタであり、0!=1 とする。
(1) H1(x) を x の多項式で表せ。
(2) Hn(x) を微分し、Hn+1(x) を x,Hn(x),Hn′(x) を用いて表せ。
(3) n≥1 に対して Hn′(x) を n,Hn−1(x) を用いて表せ。
(4) n≥1 に対して Hn+1(x) を x,n,Hn(x),Hn−1(x) を用いて表せ。
(5) n≥1 に対して ∫−∞∞xHm(x)Hn(x)e−x2dx を計算せよ。
题目描述
所有常数、变量均为实数,函数均为实函数。e 为自然对数的底;g′,g′′ 分别表示一阶、二阶导数。省略推导,只写答案。(40分钟)
问1 在给定初始条件下解微分方程:
(1) f′′−8f′+16f=0, f(0)=1, f′(0)=3;
(2) f′′+4f′+13f=0, f(0)=1, f′(0)=0;
(3) f′′+4f′+13f=40sinx, f(0)=0, f′(0)=4。
问2 曲面 C 由 z=xe−x2−y2 定义。(1) 求使 z 达到最大值的点 A(x0,y0,z0);(2) 对曲面上的点 B(1,1,z1),求 z1 和该点处的切平面方程。
问3 设 R={(x,y)∣x2+y2≤1, x,y≥0}。求 (1) ∬Rx2y2dxdy;(2) ∬R(x+y)2dxdy。
问4 Hermite 多项式定义为
Hn(x)=(−1)nex2dxndne−x2,n≥0,H0=1.
已知
Hn′′−2xHn′+2nHn=0,∫−∞∞HmHne−x2dx=π2nn!δm,n.
这里 m 为非负整数,δm,n 在 m=n 时为 1,否则为 0,且 0!=1。
(1) 求 H1;(2) 通过微分,将 Hn+1 用 x,Hn,Hn′ 表示;(3) 当 n≥1 时,将 Hn′ 用 n,Hn−1 表示;(4) 当 n≥1 时,将 Hn+1 用 x,n,Hn,Hn−1 表示;(5) 当 n≥1 时,求 ∫−∞∞xHmHne−x2dx。
Kai
(1)(2)(3)f(x)=(1−x)e4x,f(x)=e−2x(cos3x+32sin3x),f(x)=e−2x(cos3x+sin3x)+3sinx−cosx.
(1)(x0,y0,z0)=(21,0,2e1).
(2)z1=e−2,x+2y+e2z=4.
(1)96π,(2)8π+2.
(1)(2)(3)(4)H1(x)=2x,Hn+1(x)=2xHn(x)−Hn′(x),Hn′(x)=2nHn−1(x),Hn+1(x)=2xHn(x)−2nHn−1(x).
(5)∫−∞∞xHm(x)Hn(x)e−x2dx=π[2n(n+1)!δm,n+1+2n−1n!δm,n−1].