习题9-1

1803 words
9 minutes
习题9-1

以下是每道题的详细解析:


第 (1) 题:z=ln⁡(y2−2x+1)z = \ln(y^2 - 2x + 1)#

分析: 函数为对数函数,要求真数严格大于零。

约束条件: y2−2x+1>0y^2 - 2x + 1 > 0

即: y2>2x−1y^2 > 2x - 1

定义域: D={(x,y)∣y2−2x+1>0}={(x,y)∣y2>2x−1}D = \{(x, y) \mid y^2 - 2x + 1 > 0\} = \{(x, y) \mid y^2 > 2x - 1\}

几何意义: 抛物线 y2=2x−1y^2 = 2x - 1(开口向右,顶点在 (12,0)(\frac{1}{2}, 0))外部区域(不含抛物线本身)。抛物线将平面分成两部分,定义域是包含 yy 轴的那一侧区域。


第 (2) 题:z=1x+y+1x−yz = \frac{1}{\sqrt{x+y}} + \frac{1}{\sqrt{x-y}}#

分析: 两项均为 1u\frac{1}{\sqrt{u}} 型,要求根号内严格大于零(同时满足分母不为零和根号内非负)。

约束条件: {x+y>0x−y>0\begin{cases} x + y > 0 \\ x - y > 0 \end{cases}

即: {y>−xy<x\begin{cases} y > -x \\ y < x \end{cases}

合并得: −x<y<x或等价地x>∣y∣-x < y < x \quad \text{或等价地} \quad x > |y| 问题解答1 定义域: D={(x,y)∣x+y>0 且 x−y>0}={(x,y)∣x>∣y∣}D = \{(x, y) \mid x + y > 0 \text{ 且 } x - y > 0\} = \{(x, y) \mid x > |y|\}

几何意义: 两条直线 y=−xy = -x 和 y=xy = x 所夹的角形区域(包含 xx 轴正方向的那个无限长角),不包含边界。


第 (3) 题:z=x−yz = \sqrt{x - \sqrt{y}}#

分析: 外层根号要求 x−y≥0x - \sqrt{y} \geq 0;内层根号要求 y≥0y \geq 0。注意从内到外逐层分析。

约束条件: {y≥0(内层根号)x−y≥0(外层根号)\begin{cases} y \geq 0 & \text{(内层根号)} \\ x - \sqrt{y} \geq 0 & \text{(外层根号)} \end{cases}

由第二个不等式: x≥yx \geq \sqrt{y}

由于 y≥0\sqrt{y} \geq 0,所以 x≥0x \geq 0 自动满足。

定义域: D={(x,y)∣y≥0 且 x≥y}={(x,y)∣y≥0,x2≥y,x≥0}D = \{(x, y) \mid y \geq 0 \text{ 且 } x \geq \sqrt{y}\} = \{(x, y) \mid y \geq 0, x^2 \geq y, x \geq 0\}

(注:当 x≥yx \geq \sqrt{y} 时,两边平方得 x2≥yx^2 \geq y,且 x≥0x \geq 0)

几何意义: 第一象限(含边界)中,抛物线 y=x2y = x^2(开口向上)下方且在 x≥0x \geq 0 一侧的区域。等价于第一象限中抛物线 x=yx = \sqrt{y}(即 y=x2y = x^2)右侧上方的区域。


第 (4) 题:z=ln⁡(y−x)+x1−x2−y2z = \ln(y - x) + \frac{\sqrt{x}}{\sqrt{1 - x^2 - y^2}}#

分析: 函数由三部分组成,需同时满足:

  • ln⁡(y−x)\ln(y-x):真数 >0> 0
  • x\sqrt{x}:被开方数 ≥0\geq 0
  • 11−x2−y2\frac{1}{\sqrt{1-x^2-y^2}}:根号内 >0> 0(分母要求严格大于零)

约束条件: {y−x>0(对数真数)x≥0(分子根号)1−x2−y2>0(分母根号)\begin{cases} y - x > 0 & \text{(对数真数)} \\ x \geq 0 & \text{(分子根号)} \\ 1 - x^2 - y^2 > 0 & \text{(分母根号)} \end{cases}

即: {y>xx≥0x2+y2<1\begin{cases} y > x \\ x \geq 0 \\ x^2 + y^2 < 1 \end{cases}

定义域: D={(x,y)∣y>x, x≥0, x2+y2<1}D = \{(x, y) \mid y > x,\ x \geq 0,\ x^2 + y^2 < 1\}

几何意义: 单位圆 x2+y2=1x^2 + y^2 = 1 内部(不含边界),且位于第一象限(x≥0x \geq 0),同时又在直线 y=xy = x 上方(不含直线)的区域。这是一个扇形区域,夹在直线 y=xy = x 与 yy 轴之间,且在单位圆内。


第 (5) 题:u=R2−x2−y2−z2+1x2+y2+z2−r2(R>r>0)u = \sqrt{R^2 - x^2 - y^2 - z^2} + \frac{1}{\sqrt{x^2 + y^2 + z^2 - r^2}} \quad (R > r > 0)#

分析: 这是三元函数,两部分分别要求:

  • R2−x2−y2−z2\sqrt{R^2 - x^2 - y^2 - z^2}:被开方数 ≥0\geq 0
  • 1x2+y2+z2−r2\frac{1}{\sqrt{x^2 + y^2 + z^2 - r^2}}:根号内 >0> 0(分母要求严格大于零)

约束条件: {R2−x2−y2−z2≥0x2+y2+z2−r2>0\begin{cases} R^2 - x^2 - y^2 - z^2 \geq 0 \\ x^2 + y^2 + z^2 - r^2 > 0 \end{cases}

即: {x2+y2+z2≤R2x2+y2+z2>r2\begin{cases} x^2 + y^2 + z^2 \leq R^2 \\ x^2 + y^2 + z^2 > r^2 \end{cases}

合并得: r2<x2+y2+z2≤R2r^2 < x^2 + y^2 + z^2 \leq R^2

定义域: D={(x,y,z)∣r2<x2+y2+z2≤R2}D = \{(x, y, z) \mid r^2 < x^2 + y^2 + z^2 \leq R^2\}

几何意义: 以原点为中心,内半径为 rr、外半径为 RR 的球壳(球层)区域。包含外球面 x2+y2+z2=R2x^2 + y^2 + z^2 = R^2,但不包含内球面 x2+y2+z2=r2x^2 + y^2 + z^2 = r^2(因为分母不能为零)。条件 R>r>0R > r > 0 保证这是一个有效的空心球壳。


第 (6) 题:u=arccos⁡zx2+y2u = \arccos\frac{z}{\sqrt{x^2 + y^2}}#

分析: 反余弦函数要求参数满足 ∣参数∣≤1|\text{参数}| \leq 1;同时分母 x2+y2\sqrt{x^2 + y^2} 要求 x2+y2>0x^2 + y^2 > 0(不能为零)。

约束条件: {∣zx2+y2∣≤1x2+y2>0\begin{cases} \left|\frac{z}{\sqrt{x^2 + y^2}}\right| \leq 1 \\ x^2 + y^2 > 0 \end{cases}

由第一个不等式: ∣z∣≤x2+y2|z| \leq \sqrt{x^2 + y^2}

两边平方(两边均非负): z2≤x2+y2z^2 \leq x^2 + y^2

即: x2+y2−z2≥0或x2+y2≥z2x^2 + y^2 - z^2 \geq 0 \quad \text{或} \quad x^2 + y^2 \geq z^2

定义域: D={(x,y,z)∣x2+y2≥z2, x2+y2>0}D = \{(x, y, z) \mid x^2 + y^2 \geq z^2,\ x^2 + y^2 > 0\}

几何意义: 圆锥面 z2=x2+y2z^2 = x^2 + y^2(半顶角为 45∘45^\circ)外部及表面上的区域,但不包含原点(因为分母为零)。这是一个以原点为顶点、zz 轴为轴的双圆锥所围区域的外部,包含圆锥面本身。


总结对比表#

题号函数类型关键约束边界是否包含几何形状
(1)对数真数 >0> 0❌ 不含抛物线外部
(2)分式根式根号内 >0> 0❌ 不含角形区域
(3)多层根式由内到外逐层 ≥0\geq 0✅ 含外层边界抛物线下方(第一象限)
(4)综合型对数 >0> 0 + 根式 ≥0\geq 0 + 分母 >0> 0❌ 不含对数/分母边界单位圆内扇形
(5)三元球壳外层 ≥0\geq 0 + 内层 >0> 0✅ 含外球面,❌ 不含内球面球壳(空心球)
(6)反三角函数$\text{参数}\leq 1+分母+ 分母> 0$✅ 含圆锥面,❌ 不含原点圆锥外部

以下是6道多元函数极限题的详细解析:


第 (1) 题#

lim⁡(x,y)→(0,1)1−xyx2+y2\lim_{(x,y)\to(0,1)}\frac{1-xy}{x^2+y^2}

分析: 判断函数在点 (0,1)(0,1) 处是否连续。分母 x2+y2x^2+y^2 在 (0,1)(0,1) 处的值为 02+12=1≠00^2+1^2=1\neq 0,分子为初等函数,因此该函数在 (0,1)(0,1) 处连续,可直接代入。

求解: lim⁡(x,y)→(0,1)1−xyx2+y2=1−0×102+12=11=1\lim_{(x,y)\to(0,1)}\frac{1-xy}{x^2+y^2}=\frac{1-0\times 1}{0^2+1^2}=\frac{1}{1}=1

答案: 1\boxed{1}


第 (2) 题#

lim⁡(x,y)→(1,0)ln⁡(x+ey)x2+y2\lim_{(x,y)\to(1,0)}\frac{\ln(x+e^y)}{\sqrt{x^2+y^2}}

分析: 分母 x2+y2\sqrt{x^2+y^2} 在 (1,0)(1,0) 处的值为 1+0=1≠0\sqrt{1+0}=1\neq 0,分子 ln⁡(x+ey)\ln(x+e^y) 为初等函数,整体在 (1,0)(1,0) 处连续,直接代入。

求解: lim⁡(x,y)→(1,0)ln⁡(x+ey)x2+y2=ln⁡(1+e0)12+02=ln⁡21=ln⁡2\lim_{(x,y)\to(1,0)}\frac{\ln(x+e^y)}{\sqrt{x^2+y^2}}=\frac{\ln(1+e^0)}{\sqrt{1^2+0^2}}=\frac{\ln 2}{1}=\ln 2

答案: ln⁡2\boxed{\ln 2}


第 (3) 题#

lim⁡(x,y)→(0,0)2−xy+4xy\lim_{(x,y)\to(0,0)}\frac{2-\sqrt{xy+4}}{xy}

分析: 代入 (0,0)(0,0) 得 2−40=00\frac{2-\sqrt{4}}{0}=\frac{0}{0},为 00\frac{0}{0} 型。采用分子有理化消去零因子。

求解: 分子分母同乘 2+xy+42+\sqrt{xy+4}:

\frac{2-\sqrt{xy+4}}{xy}&=\frac{(2-\sqrt{xy+4})(2+\sqrt{xy+4})}{xy(2+\sqrt{xy+4})} \\ &=\frac{4-(xy+4)}{xy(2+\sqrt{xy+4})} \\ &=\frac{-xy}{xy(2+\sqrt{xy+4})} \\ &=-\frac{1}{2+\sqrt{xy+4}} \end{aligned}$$ 当 $(x,y)\to(0,0)$ 时,$xy\to 0$,故: $$\lim_{(x,y)\to(0,0)}\left[-\frac{1}{2+\sqrt{xy+4}}\right]=-\frac{1}{2+\sqrt{4}}=-\frac{1}{4}$$ **答案:** $\boxed{-\dfrac{1}{4}}$ --- ## 第 (4) 题 $$\lim_{(x,y)\to(0,0)}\frac{xy}{\sqrt{2-e^{xy}}-1}$$ **分析:** 代入得 $\frac{0}{\sqrt{2-1}-1}=\frac{0}{0}$,为 **$\frac{0}{0}$ 型**。令 $t=xy$,则当 $(x,y)\to(0,0)$ 时 $t\to 0$,原式化为单变量极限,再用**分母有理化**或**等价无穷小**。 **求解(方法一:分母有理化):** 令 $t=xy$,原式 $=\displaystyle\lim_{t\to 0}\frac{t}{\sqrt{2-e^t}-1}$ 分母有理化,同乘 $\sqrt{2-e^t}+1$: $$\frac{t(\sqrt{2-e^t}+1)}{(2-e^t)-1}=\frac{t(\sqrt{2-e^t}+1)}{1-e^t}=-\frac{t(\sqrt{2-e^t}+1)}{e^t-1}$$ 当 $t\to 0$ 时,$e^t-1\sim t$,且 $\sqrt{2-e^t}+1\to\sqrt{2-1}+1=2$,故: $$-\frac{t\cdot 2}{t}=-2$$ **求解(方法二:等价无穷小):** 当 $t\to 0$ 时,$e^t\approx 1+t$,则 $2-e^t\approx 1-t$ $$\sqrt{2-e^t}-1=\sqrt{1-t}-1\approx\left(1-\frac{t}{2}\right)-1=-\frac{t}{2}$$ 因此: $$\frac{t}{\sqrt{2-e^t}-1}\approx\frac{t}{-t/2}=-2$$ **答案:** $\boxed{-2}$ --- ## 第 (5) 题 $$\lim_{(x,y)\to(2,0)}\frac{\tan(xy)}{y}$$ **分析:** 代入得 $\frac{\tan 0}{0}=\frac{0}{0}$,为 **$\frac{0}{0}$ 型**。利用重要极限 $\displaystyle\lim_{u\to 0}\frac{\tan u}{u}=1$,将表达式变形为 $\frac{\tan(xy)}{xy}\cdot x$。 **求解:** $$\frac{\tan(xy)}{y}=\frac{\tan(xy)}{xy}\cdot x$$ 令 $t=xy$,当 $(x,y)\to(2,0)$ 时 $t\to 0$,且 $x\to 2$,故: $$\lim_{(x,y)\to(2,0)}\frac{\tan(xy)}{xy}\cdot x=\left(\lim_{t\to 0}\frac{\tan t}{t}\right)\cdot\left(\lim_{x\to 2}x\right)=1\times 2=2$$ **答案:** $\boxed{2}$ --- ## 第 (6) 题 $$\lim_{(x,y)\to(0,0)}\frac{1-\cos(x^2+y^2)}{(x^2+y^2)e^{x^2y^2}}$$ **分析:** 令 $t=x^2+y^2$,当 $(x,y)\to(0,0)$ 时 $t\to 0^+$。同时 $x^2y^2\to 0$,故 $e^{x^2y^2}\to e^0=1$。利用等价无穷小 $1-\cos t\sim \frac{t^2}{2}$(当 $t\to 0$)。 **求解:** $$\begin{aligned} \lim_{(x,y)\to(0,0)}\frac{1-\cos(x^2+y^2)}{(x^2+y^2)e^{x^2y^2}} &=\lim_{t\to 0}\frac{1-\cos t}{t\cdot e^{x^2y^2}} \\ &=\lim_{t\to 0}\frac{t^2/2}{t\cdot 1} \qquad (\text{因 }1-\cos t\sim t^2/2,\ e^{x^2y^2}\to 1) \\ &=\lim_{t\to 0}\frac{t}{2}=0 \end{aligned}$$ **答案:** $\boxed{0}$ --- ## 方法总结 | 题号 | 方法 | 关键技巧 | | :-: | :--------------------- | :------------------------------------ | | (1) | **直接代入** | 分母不为零,函数连续 | | (2) | **直接代入** | 分母不为零,函数连续 | | (3) | **分子有理化** | 消去零因子 $\sqrt{xy+4}-2$ | | (4) | **换元 + 分母有理化 / 等价无穷小** | 令 $t=xy$ 化为单变量极限 | | (5) | **凑重要极限** | $\frac{\tan u}{u}\to 1$,配凑 $xy$ 项 | | (6) | **换元 + 等价无穷小** | 令 $t=x^2+y^2$,利用 $1-\cos t\sim t^2/2$ |

Share Article

If this article helped you, please share it with others!

习题9-1
https://boyuan.net.cn/en/posts/习题/习题9-1/
Author
Boyuan
Published at
2026-06-02
Related PostsSmart
1
问题解答1
高等数学从第 (2) 题的约束条件出发: 合并得: 为什么 等价于 ? 第一步:先确定 的符号 由 可知, 既要小于 ,又要大于 。 如果 ,则 ,那么 且 ,这是不可能同时成立的。 因此必须有: 第二步:利用绝对值的定义 当 时,不等式 按定义展…
2
习题9-2
高等数学以下是全部 9 道习题的详细解析,每题均包含思路分析与逐步解答。 第 1 题:求偏导数 (1) 思路:把另一个变量视为常数,直接按一元函数求导。 (2) 思路:先拆分为 ,再分别求导。 (3) 思路:复合函数,链式法则。令 ,则 。 (4)…
3
笔记--复合函数求导(链式法则)
高等数学这是复合函数求导(链式法则)的直接应用。 原理:链式法则 设 ,即 是关于 和 的函数。 那么 可以看作两层复合: - 外层: - 内层: 根据链式法则:笔记--复合函数求导(链式法则) 通俗理解 对 求导时, 不是常数,而是随 变化的量。…
4
第(7)题详解
高等数学以下是第1大题第(7)小题: 的详细推导过程。 一、函数类型判断 是幂指函数(底数和指数都含变量),且是三元函数(变量为 )。 统一采用对数求导法,先取对数: 二、对 求偏导数 思路:视 为常数,则 是常数,函数变为幂函数 。 方法一:直接…
5
题(6)详细推导过程
高等数学以下是第1大题第(6)小题: 的详细推导过程。 一、函数类型判断 是幂指函数: - 底数 含 - 指数 含 两个变量既在底数又在指数,不能直接用幂函数法则或指数函数法则,需要取对数转化为隐函数求导。 二、对 求偏导数 思路:视 为常数,此时…
Random PostsRandom

Comments

Profile Image of the Author
Boyuan
石以砥焉,化钝为利。
欢迎来访
石以砥焉,化钝为利。这里是我的个人站点,主要记录学习笔记、项目实践和一些零散的想法。站内文章可用右上角搜索,也可以订阅 RSS。
Categories
Tags
Latest Moments
Site Statistics
Posts
139
Categories
17
Tags
49
Total Words
1,721,112
Running Days
0 days
Last Activity
0 days ago
Site Info
Build Platform
Local
Blog Version
v1.0.0
License
CC BY-NC-SA 4.0
Table of Contents