题目
设y=f(x)为微分方程y'-xy=g(x)满足 y(0)=1 的解,其中 g(x)= int_(0)^x sin (x-t)^2dt, 则()A. 在点 x=0 处,f(x) 取得极大值B. 在点 x=0 处,f(x) 取得极小值C. 点 (0,f(0)) 为曲线 y=f(x) 的拐点D. 点 x=0 不是 f(x) 的极值点,(0,f(0))也不是曲线 y=f(x) 的拐点
设y=f(x)为微分方程y'-xy=g(x)满足 y(0)=1 的解,其中 g(x)= $\int_{0}^{x} \sin (x-t)^{2}dt,$ 则()
A. 在点 x=0 处,f(x) 取得极大值
B. 在点 x=0 处,f(x) 取得极小值
C. 点 (0,f(0)) 为曲线 y=f(x) 的拐点
D. 点 x=0 不是 f(x) 的极值点,(0,f(0))也不是曲线 y=f(x) 的拐点
题目解答
答案
B. 在点 x=0 处,f(x) 取得极小值
解析
考查要点:本题主要考查微分方程解的性质、极值与拐点的判定方法,以及积分变换的应用。
解题核心思路:
- 转化积分表达式:通过变量替换将$g(x)$转化为标准形式,便于求导。
- 求导分析极值:利用微分方程求出$f(x)$在$x=0$处的导数,结合极值的第二充分条件判断极值类型。
- 拐点判定:通过二阶导数的连续性和变号情况判断拐点是否存在。
破题关键点:
- 变量替换:将积分$\int_{0}^{x} \sin((x-t)^2)dt$转化为$\int_{0}^{x} \sin(u^2)du$,简化求导过程。
- 导数计算:通过微分方程求$f'(0)$和$f''(0)$,结合极值判定条件。
- 二阶导数符号分析:判断$f''(x)$在$x=0$附近是否变号,确定拐点是否存在。
步骤1:转化积分表达式
令$u = x - t$,则当$t=0$时$u=x$,当$t=x$时$u=0$,积分上下限交换后添加负号:
$g(x) = \int_{0}^{x} \sin((x-t)^2)dt = \int_{x}^{0} \sin(u^2)(-du) = \int_{0}^{x} \sin(u^2)du.$
步骤2:求$g(x)$的导数
- 一阶导数:由微积分基本定理,$g'(x) = \sin(x^2)$。
- 二阶导数:对$g'(x)$求导,$g''(x) = 2x\cos(x^2)$。
步骤3:分析微分方程
微分方程为$f'(x) = x f(x) + g(x)$,代入$x=0$:
$f'(0) = 0 \cdot f(0) + g(0) = 0.$
步骤4:求二阶导数$f''(0)$
对$f'(x)$求导:
$f''(x) = f(x) + x f'(x) + g'(x).$
代入$x=0$:
$f''(0) = f(0) + 0 \cdot f'(0) + g'(0) = 1 + 0 + 0 = 1 > 0.$
步骤5:极值与拐点判定
- 极值:$f'(0)=0$且$f''(0)=1>0$,由第二充分条件,$x=0$是极小值点。
- 拐点:$f''(0)=1 \neq 0$,且$f''(x)$在$x=0$附近保持正值(因$f''(x) \approx 1 + \sin(x^2) \geq 0$),故无拐点。