解答题 (共 6 题 ),解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤
设函数 $g(x)$ 在闭区间 $[0,1]$ 上二阶连续可微,且满足
$g(0)=g^{\prime}(0)=0, g^{\prime \prime}(0)=2 a$
设 $f(x)=\frac{g(x)}{x},(x \neq 0), f(0)=0$ ,求 $f^{\prime}(0)$ .
求定积分 $I=\int_0^1 \frac{\ln (1+x)}{1+x^2} d x$ .
若 $F(t)=\iiint_{\Omega} f\left(x^2+y^2+z^2\right) d x d y d z$ ,其中 $f$ 是 $R$ 上的可微函数且 $\Omega=\left\{(x, y, z) \mid x^2+y^2+z^2 \leq t^2\right\}, t>0$ .
(1)计算 $F^{\prime}(t)$
(2)若 $f^{\prime}(0)=0$ ,计算极限 $\lim _{t \rightarrow 0^{+}} \frac{F(t)}{t^5}$ .
设 $f(x)=\frac{1}{1-x^2}$ .
(1)求极限 $\lim _{n \rightarrow+\infty}\left[f\left(1-\frac{1}{n+1}\right)-f\left(1-\frac{1}{n}\right)\right]$ .
(2)证明:函数 $f(x)$ 在 $[0,1)$ 上不一致连续.
设 $u_n(x)=x^n \ln x, x \in(0,1]$ ,讨论 $\sum_{n=1}^{\infty} u_n(x)$ 在 $(0,1]$ 上的敛散性和一致收敛性,并计算 $\int_0^1 \sum_{n=1}^{\infty} u_n(x) d x$ .
设 $u(x, y, z)$ 是 $R ^3$ 上的连续函数,而且它在点 $M\left(x_0, y_0, z_0\right)$ 的某个邻域上有连续的二阶偏导数,记 $\Sigma$ 是以 $M\left(x_0, y_0, z_0\right)$ 为球心,$R$ 为半径的球面.令 $T(R)=\frac{1}{4 \pi R^2} \iint_{\Sigma} u(x, y, z) d S, R>0$ .证明:
(1) $\lim _{R \rightarrow 0^{+}} T(R)=u\left(x_0, y_0, z_0\right)$ .
(2)若 $\Delta u=\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 u}{\partial y^2}+\frac{\partial^2 u}{\partial z^2}$ ,则
$$
\lim _{R \rightarrow 0^{+}} \frac{T(R)-u\left(x_0, y_0, z_0\right)}{R^2}=\frac{1}{6} \Delta u\left(x_0, y_0, z_0\right)
$$
其中 $\left.\left(\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 u}{\partial y^2}+\frac{\partial^2 u}{\partial z^2}\right)\right|_{\left(x_0, y_0, z_0\right)} \neq 0$ .
证明题 (共 3 题 ),解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤
设 $f(x)$ 在开区间 $(0,1)$ 上可导,导函数 $f^{\prime}(x)$ 在开区间 $(0,1)$ 上有界,证明:函数 $f(x)$ 在开区间 $(0,1)$ 上有界且一致连续.
设 $f(x, y)=\varphi(|x y|)$ ,且在 $u=0$ 的附近满足:$|\varphi(u)| \leq u^2$ .证明: $f(x, y)$ 在原点 $(0,0)$ 处可微.
设非负连续函数 $f(x)$ 在 $[0,+\infty)$ 上单调递减,证明:$F(x)=\int_0^x(x-2 t) f(t) d t$
在 $[0,+\infty)$ 上是凸函数.