高数典型例题

高数典型例题涵盖函数、极限、级数、积分等多个核心知识点,以下为精选例题及解析:

一、函数及其定义域

  1. 定义域判断

    例:求函数 $f(x) = \ln(x-1) + \frac{1}{\sqrt{2-x}}$ 的定义域。

    解:对数函数 $\ln(x-1)$ 要求 $x-1 > 0$,即 $x > 1$;分母 $\sqrt{2-x}$ 要求 $2-x > 0$,即 $x < 2$。综合得定义域为 $(1, 2)$。

  2. 相同函数判断

    例:判断 $y = \frac{x^2-1}{x-1}$ 与 $y = x+1$ 是否为相同函数。

    解:前者定义域为 $x \neq 1$,后者定义域为全体实数,定义域不同,故不是相同函数。

二、极限与连续

  1. 数列极限

    例:判断数列 $a_n = \frac{\sin(n)}{n}$ 是否收敛。

    解:利用夹逼准则,$-1 \leq \sin(n) \leq 1$,则 $-\frac{1}{n} \leq \frac{\sin(n)}{n} \leq \frac{1}{n}$,当 $n \to \infty$ 时,$\frac{1}{n} \to 0$,故数列收敛于0。

  2. 有理函数极限

    例:求 $\lim_{x \to \infty} \frac{3x^2+2x+1}{2x^2-x+5}$。

    解:分子分母同除以 $x^2$,得 $\lim_{x \to \infty} \frac{3 + \frac{2}{x} + \frac{1}{x^2}}{2 - \frac{1}{x} + \frac{5}{x^2}} = \frac{3}{2}$。

三、级数与幂级数

  1. 级数敛散性

    例:判断级数 $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n(n+1)}$ 是否收敛。

    解:利用部分分式分解,$\frac{1}{n(n+1)} = \frac{1}{n} - \frac{1}{n+1}$,为 telescoping series(裂项级数),其和为1,故收敛。

  2. 幂级数收敛半径

    例:求幂级数 $\sum_{n=0}^{\infty} \frac{(x-1)^n}{n!}$ 的收敛半径。

    解:利用比值法,$\lim_{n \to \infty} \left| \frac{a_{n+1}}{a_n} \right| = \lim_{n \to \infty} \frac{n!}{(n+1)!} |x-1| = |x-1|$,当 $|x-1| < 1$ 时收敛,故收敛半径为1。

四、积分与反函数

  1. 定积分计算

    例:求 $\int_0^1 \frac{\ln(x+1)}{x} dx$。

    解:令 $t = \ln(x+1)$,则 $x = e^t - 1$,积分变为 $\int_0^{\ln 2} t e^t dt$,利用分部积分法计算。

  2. 反函数求解

    例:求 $y = e^{2x} + 3$ 的反函数。

    解:解方程得 $x = \frac{1}{2} \ln(y-3)$,故反函数为 $f^{-1}(x) = \frac{1}{2} \ln(x-3)$。

以上例题均基于高数核心知识点,涵盖函数性质、极限计算、级数敛散性及积分方法,适合系统学习和参考。

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