不定积分的定义(B006)

问题

根据【不定积分的定义】,下列哪个选项是函数 $f(x)$ 的【不定积分】?
(其中,$C$ 表示任意常数.)

选项

[A].   $F(x)$ $+$ $C$ $=$ $\int_{0}^{x}$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$

[B].   $F(x)$ $=$ $\int$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$

[C].   $F(x)$ $+$ $C$ $=$ $\int$ $f(x)$

[D].   $F(x)$ $+$ $C$ $=$ $\int$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$


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设在区间 $U$ 上,函数 $f(x)$ 的原函数为 $F(x)$, $C$ 为任意常数,则 $F(x)$ $+$ $C$ 就是 $f(x)$ 的不定积分,记作:
$F(x)$ $+$ $C$ $=$ $\int$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $F(x)$ $=$ $\int$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$ + $C$.


輔助圖像

不定积分的定义 | 荒原之梦
图 01.
红色曲线表示 $f(x)$ $=$ $- \sin x$ 在区间 $[-2 \pi, 2 \pi]$ 上的图像
蓝色曲线表示 $F_{1}(x)$ $=$ $\cos x$ $+$ $2$ 在区间 $[-2 \pi, 2 \pi]$ 上的图像
紫色曲线表示 $F_{2}(x)$ $=$ $\cos x$ $-$ $2$ 在区间 $[-2 \pi, 2 \pi]$ 上的图像
其中:
$F_{1}(x)$ $=$ $\int$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$
$F_{2}(x)$ $=$ $\int$ $f(x)$ $\mathrm{d} x$

间断点与原函数存在性之间的关系(B006)

问题

包含以下哪些【间断点】的函数一定【没有原函数】?

选项

[A].   无穷间断点

[B].   震荡间断点

[C].   跳跃间断点

[D].   可去间断点


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在定义区间上包含以下类型间断点的函数【一定不存在】原函数(因为包含以下间断点的函数无法进行积分):
可去间断点
跳跃间断点
无穷间断点

此外,包含【震荡间断点】的函数【可能】存在原函数.


輔助圖像

间断点与原函数存在性之间的关系 | 荒原之梦
图 01. 图中的红色直线和蓝色直线表示的是分段函数 $f(x)$ $=$ $\begin{cases} & y=1, x < 0, \\ & y=2, x > 0. \end{cases}$, 其中,$x$ $=$ $0$ 是该分段函数的一个跳跃间断点.

什么样的函数会存在原函数?(B006)

问题

根据【原函数的性质】判断原函数是否存在,以下哪个选项是正确的?

选项

[A].   可导函数一定存在原函数

[B].   不连续函数一定存在原函数

[C].   连续函数一定存在原函数

[D].   不可导函数一定存在原函数


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连续函数一定存在原函数.

解释:
连续函数在其定义域上一定是可积的,因此,根据不定积分的定义可知,连续函数(该函数不一定处处可导)一定存在原函数.
此外,由于可导一定连续,因此,可导函数也一定存在原函数.


輔助圖像

什么样的函数会存在原函数 | 荒原之梦
图 01. 图中蓝色折线是函数 $f(x)$ $=$ $|x|$ 的图像,该函数在原点处并不可导,但是,由于该函数是处处连续的,可以在其定义域内计算其积分(图中紫色区域的面积即是函数 $f(x)$ 的积分值),因此,函数 $f(x)$ 也存在原函数,这个原函数就是图中红色曲线所对应的分段函数 $F(x)$ $=$ \begin{cases} & \frac{x^{2}}{2}, x \geqslant 0, \\ & \frac{-x^{2}}{2}, x < 0. \end{cases}.

什么是原函数?(B006)

问题

根据【原函数的定义】,一般情况下,以下哪个选项可以说明函数 $F(x)$ 是函数 $f(x)$ 的原函数?

选项

[A].   $F”(x)$ $=$ $f(x)$

[B].   $F(x)$ $=$ $f(x)$

[C].   $F'(x)$ $=$ $f(x)$

[D].   $f'(x)$ $=$ $F(x)$


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原函数的定义

简洁版:
$F'(x)$ $=$ $f(x)$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ 函数 $F(x)$ 是函数 $f(x)$ 的原函数

完整版:
设$f(x)$ 是定义在区间 $U$ 上的一个函数,如果存在 $\forall$ $x$ $\in$ $U$, 都有 $F'(x)$ $=$ $f(x)$ 或者 $\mathrm{d} F(x)$ $=$ $f(x) \mathrm{d} x$, 则称 $F(x)$ 是 $f(x)$ 在区间 $U$ 上的一个原函数.


輔助圖像

什么是原函数 | 荒原之梦
图 01. 红色曲线表示函数 $F(x)$ $=$ $x^{3}$ $+$ $x^{2}$ $+$ $1$ 的图像,紫色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $3x^{2}$ $+$ $2x$ 的图像,根据定义可知,$F(x)$ 是 $f(x)$ 的其中一个原函数.

什么是曲率?什么是曲率圆?

什么是曲率 | 荒原之梦
图 01. 图中的圆是曲线 $C$ 在 $P$ 点处的曲率圆,该曲率圆的半径 $r$ 就是曲线 $C$ 在 $P$ 点处的曲率半径. 同时,曲率圆圆心与 $P$ 点的连线是垂直于曲线 $C$ 在 $P$ 点处的切线的.
By Emperorhoney – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=93020043
继续阅读“什么是曲率?什么是曲率圆?”

曲率半径的公式(B005)

问题

设曲线 $y$ 的曲率为 $k$, 则以下哪个选项是其曲率半径 $R$ 的正确计算公式?

选项

[A].   $R$ $=$ $k$

[B].   $R$ $=$ $\frac{-1}{k}$

[C].   $R$ $=$ $\frac{1}{k}$

[D].   $R$ $=$ $-k$


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$R$ $=$ $\frac{1}{k}$ $=$ $\frac{(1 + y’ ^{2})^{\frac{3}{2}}}{|y”|}$, $k$ $\neq$ $0$.


說明

关于曲率的计算方法可以查看荒原之梦网(zhaokaifeng.com)的这篇文章:

曲率的公式.


輔助圖像

曲率半径的公式 | 荒原之梦
图 01. 图中红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $\sin x$ 的图像,紫色曲线和绿色曲线则分别是函数 $f(x)$ 在点 $(\frac{- \pi}{2}, -1)$ 和 点 $(\frac{\pi}{2}, 1)$ 上的,半径均为 $1$ 的曲率圆.
其中,紫色曲率圆的方程式为 $(x + \frac{\pi}{2})^{2}$ $+$ $(y – 0)^{2}$ $=$ $1$, 绿色曲率圆的方程式为 $(x – \frac{\pi}{2})^{2}$ $+$ $(y – 0)^{2}$ $=$ $1$.

曲率的公式(B005)

问题

设曲线 $y$ 的曲率为 $k$, 则以下哪个选项是其【曲率】的正确计算公式?

选项

[A].   $k$ $=$ $\frac{|y”|}{(1+y’^{2})^{\frac{2}{3}}}$

[B].   $k$ $=$ $\frac{y”}{(1+y’^{2})^{\frac{3}{2}}}$

[C].   $k$ $=$ $\frac{|y”|}{(1+y’^{2})^{\frac{3}{2}}}$

[D].   $k$ $=$ $\frac{|y”|}{(1+y^{2})^{\frac{3}{2}}}$


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$k$ $=$ $\frac{|y”|}{(1+y’ ^{2})^{\frac{3}{2}}}$


輔助圖像

曲率的公式 | 荒原之梦
图 01. 图中红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $x^{2}$ 的图像,蓝色的圆则表示函数 $f(x)$ 对应的曲线在原点 $(0, 0)$ 处的曲率圆,该圆的圆心为 $(0, \frac{1}{2})$, 该圆的方程为 $(x – 0)^{2}$ $+$ $(y – \frac{1}{2})^{2}$ $=$ $\frac{1}{4}$.

函数倾斜渐近线的定义(B005)

问题

根据【函数倾斜渐近线】的定义,以下哪个选项可以说明 $y$ $=$ $kx$ $+$ $b$ 是曲线 $y$ $=$ $f(x)$ 的倾斜渐近线?

选项

[A].   $k$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $\frac{f(x)}{x}$ 且 $b$ $=$ $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $[$ $f(x)$ $+$ $kx$ $]$

[B].   $k$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $\frac{f(x)}{x}$ 且 $b$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $[$ $f(x)$ $+$ $kx$ $]$

[C].   $k$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $\frac{f(x)}{x}$ 且 $b$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $[$ $f(x)$ $-$ $kx$ $]$

[D].   $k$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $[$ $f(x)$ $-$ $kx$ $]$ 且 $b$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $\frac{f(x)}{x}$


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如果 $k$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $\frac{f(x)}{x}$ 且 $b$ $=$ $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $[$ $f(x)$ $-$ $kx$ $]$, 或者 $k$ $=$ $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $\frac{f(x)}{x}$ 且 $b$ $=$ $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $[$ $f(x)$ $-$ $kx$ $]$,则直线 $y$ $=$ $kx$ $+$ $b$ 就是曲线 $y$ $=$ $f(x)$ 的倾斜渐近线.


輔助圖像

函数倾斜渐近线的定义 | 荒原之梦
图 01. 红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $\frac{x^{2}}{2x+1}$, 蓝色直线表示函数 $f(x)$ 得倾斜渐近线 $y$ $=$ $\frac{1}{2} x$ $-$ $\frac{1}{4}$.

函数垂直渐近线的定义(B005)

问题

根据【函数垂直渐近线】的定义,以下哪个选项可以说明 $x$ $=$ $x_{0}$ 是函数 $f(x)$ 的垂直渐近线?

选项

[A].   $\lim_{x \rightarrow a{-}}$ $f(x)$ $=$ $\infty$ 或 $\lim_{x \rightarrow a^{+}}$ $f(x)$ $=$ $\infty$

[B].   $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{-}}$ $f(x)$ $=$ $a$ 或 $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{+}}$ $f(x)$ $=$ $a$

[C].   $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{-}}$ $f(x)$ $=$ $\infty$ 或 $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{+}}$ $f(x)$ $=$ $\infty$

[D].   $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{-}}$ $f(x)$ $=$ $- \infty$ 或 $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{+}}$ $f(x)$ $=$ $+ \infty$


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$\lim_{x \rightarrow x_{0}^{-}}$ $f(x)$ $=$ $\infty$ 或 $\lim_{x \rightarrow x_{0}^{+}}$ $f(x)$ $=$ $\infty$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $x$ $=$ $x_{0}$ 是函数 $f(x)$ 的垂直渐近线.


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函数垂直渐近线的定义 | 荒原之梦
图 01. 图中红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $\tan x$ 的图像,两条紫色虚线分别是过点 $(\frac{- \pi}{2}, 0)$ 和点 $(\frac{\pi}{2}, 0)$ 的函数 $f(x)$ 的垂直渐近线.
继续阅读“函数垂直渐近线的定义(B005)”

函数水平渐近线的定义(B005)

问题

根据【函数水平渐近线】的定义,以下哪个选项可以说明 $y$ $=$ $a$ 是函数 $f(x)$ 的水平渐近线?

选项

[A].   $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $f(x)$ $\neq$ $a$ 且 $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $f(x)$ $\neq$ $a$

[B].   $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $f(x)$ $\leqslant$ $a$ 或 $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $f(x)$ $\geqslant$ $a$

[C].   $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $f(x)$ $<$ $a$ 或 $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $f(x)$ $>$ $a$

[D].   $\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $f(x)$ $=$ $a$ 或 $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $f(x)$ $=$ $a$


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$\lim_{x \rightarrow + \infty}$ $f(x)$ $=$ $a$ 或 $\lim_{x \rightarrow – \infty}$ $f(x)$ $=$ $a$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $y$ $=$ $a$ 是函数 $f(x)$ 的水平渐近线


輔助圖像

函数水平渐近线的定义 | 荒原之梦
图 01. 图中红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $e^{x}$ $-$ $1$, 紫色虚线表示函数 $f(x)$ 的水平渐近线 $y$ $=$ $-1$.
继续阅读“函数水平渐近线的定义(B005)”

拐点存在的第二充分条件(B005)

问题

设函数 $f(x)$ 在点 $x_{0}$ 的某邻域内有三阶导函数,则以下哪个选项是点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 为函数 $f(x)$ 的拐点的一个充分条件?

选项

[A].   $f”(x_{0})$ $=$ $0$ 且 $f”'(x_{0})$ $\neq$ $0$

[B].   $f”(x_{0})$ $\neq$ $0$ 且 $f”'(x_{0})$ $=$ $0$

[C].   $f”(x_{0})$ $=$ $0$ 且 $f”'(x_{0})$ $=$ $0$

[D].   $f”(x_{0})$ $=$ $0$ 或 $f”'(x_{0})$ $\neq$ $0$


上一题 - 荒原之梦   答 案   下一题 - 荒原之梦

$f”(x_{0})$ $=$ $0$ 且 $f”'(x_{0})$ $\neq$ $0$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ 点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 为函数 $f(x)$ 的一个拐点.


輔助圖像

拐点存在的第二充分条件 | 荒原之梦
图 01. 图中红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $\sin x$ 的图像,蓝色曲线表示函数 $f(x)$ 的二阶导函数 $f”(x)$ $=$ $- \sin x$ 的图像,紫色曲线表示函数 $f(x)$ 的三阶导函数 $f”'(x)$ $=$ $- \cos x$ 的图像. 其中,坐标点 $(0,0)$ 为函数 $f(x)$ $=$ $\sin x$ 的一个拐点.

拐点存在的第一充分条件(B005)

问题

下面哪个选项是判断函数 $f(x)$ 上的点 $x_{0}$ 为【拐点】的一个【充分条件】?

选项

[A].   $f”(x)$ 在点 $x_{0}$ 的左右两侧邻域内同号

[B].   $f”(x)$ 在点 $x_{0}$ 的左右两侧邻域内异号

[C].   $f”(x)$ 在点 $x_{0}$ 的左右两侧邻域内都大于零

[D].   $f”(x)$ 在点 $x_{0}$ 的左右两侧邻域内都小于零


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如果函数 $f(x)$ 在点 $x_{0}$ 处有 $f”(x_{0})$ $=$ $0$, 或者,虽然 $f”(x_{0})$ 不存在,但函数 $f(x)$ 在点 $x_{0}$ 处连续,那么,如果再可知,$f”(x)$ 在点 $x_{0}$ 的左右两侧邻域内异号,则可以判断,坐标点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 为函数 $f(x)$ 的一个拐点.


輔助圖像

拐点存在的第一充分条件 | 荒原之梦
图 01. 图中红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $\sin x$ 的图像,蓝色曲线表示函数 $f(x)$ 的二阶导函数 $f”(x)$ $=$ $- \sin x$ 的图像. 其中,坐标原点 $(0, 0)$ 为函数 $f(x)$ $=$ $\sin x$ 的一个拐点.

曲线拐点的定义(B005)

问题

根据【曲线拐点的定义】,下面哪个选项可以说明函数 $f(x)$ 定义域上的点 $x_{0}$ 对应着该函数的一个拐点?

选项

[A].   函数的大小性在点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 处发生了变化

[B].   函数的正负性在点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 处发生了变化

[C].   函数的增减性在点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 处发生了变化

[D].   函数的凹凸性在点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 处发生了变化


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如果函数 $f(x)$ 的【凹凸】性在过点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 的时候发生了改变,则称点 $(x_{0}, f(x_{0}))$ 是该函数的一个拐点.


說明

关于什么是拐点,可以参考荒原之梦网的这篇文章:《什么是驻点和拐点?


輔助圖像

曲线拐点的定义(B005)| 荒原之梦
图 01. 红色曲线表示原函数 $f(x)$ $=$ $x^{3}$ $-$ $3x^{2}$ $+$ $1$ 的图像,蓝色直线表示原函数的二阶导函数 $f”(x)$ $=$ $6x$ $-$ $6$ 的图像,$a$ 点是使 $f”(x)$ $=$ $0$ 的点,该点坐标为 $(1, 0)$, $b$ 点是 $f(x)$ 的拐点,该点坐标为 $(1, -1)$. 通过图中的紫色虚线可以看出,$a$ 点和 $b$ 横坐标都是 $x$ $=$ $1$.

曲线凹凸性的定义(B005)

问题

设函数 $f(x)$ 在区间 $U$ 上连续,$x_{1}$ 和 $x_{2}$ 为区间 $U$ 上的任意两点,则根据【曲线凹凸性的定义】,以下哪些选项是正确的?

选项

[A].   $f(\frac{x_{1} + x_{2}}{2})$ $<$ $\frac{f(x_{1}) + f(x_{2})}{2}$ $\color{White}{\Rightarrow}$ $f(x)$ 在区间 $U$ 上是凹的.

[B].   $f(\frac{x_{1} + x_{2}}{2})$ $>$ $\frac{f(x_{1}) + f(x_{2})}{2}$ $\color{White}{\Rightarrow}$ $f(x)$ 在区间 $U$ 上是凹的.

[C].   $f(\frac{x_{1} + x_{2}}{2})$ $>$ $\frac{f(x_{1}) + f(x_{2})}{2}$ $\color{White}{\Rightarrow}$ $f(x)$ 在区间 $U$ 上是凸的.

[D].   $f(\frac{x_{1} + x_{2}}{2})$ $<$ $\frac{f(x_{1}) + f(x_{2})}{2}$ $\color{White}{\Rightarrow}$ $f(x)$ 在区间 $U$ 上是凸的.


上一题 - 荒原之梦   答 案   下一题 - 荒原之梦

$f(\frac{x_{1} + x_{2}}{2})$ $<$ $\frac{f(x_{1}) + f(x_{2})}{2}$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $f(x)$ 在区间 $U$ 上是凹的.
$f(\frac{x_{1} + x_{2}}{2})$ $>$ $\frac{f(x_{1}) + f(x_{2})}{2}$ $\color{Red}{\Rightarrow}$ $f(x)$ 在区间 $U$ 上是凸的.


輔助圖像

曲线凹凸性的定义 | 荒原之梦
图 01. 红色曲线表示函数 $f(x)$ $=$ $(x+1)^{3}$ $+$ $x^{2}$ 的图像,可以看到,图中存在凹凸区间。

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