方企勤 第五章 多元函数微分学 第5.1题

教材习题

📝 题目

5. 1.13 确定并画出下列函数的定义域, 指出后两题的等位面是什么曲面 (或曲线):

(1) $u = \sqrt{1 - {x}^{2}} + \sqrt{1 - {y}^{2}}$ ; (2) $u = \sqrt{\frac{{2x} - {x}^{2} - {y}^{2}}{{x}^{2} + {y}^{2} - x}}$ ;

(3) $u = \arcsin \frac{y}{x}$ ; (4) $u = \ln \left( {-1 - {x}^{2} - {y}^{2} + {z}^{2}}\right)$ .

💡 答案解析

5. 1.13 (1) 定义域为闭正方形: $\left| x\right| \leq 1,\left| y\right| \leq 1$ ;

(2)定义域为两圆 ${\left( x - 1\right) }^{2} + {y}^{2} = 1,{\left( x - \frac{1}{2}\right) }^{2} + {y}^{2} = {\left( \frac{1}{2}\right) }^{2}$ 之间的月牙形区域 (不包括小圆圆周);

(3)定义域由直线 $y = \pm x$ 围成的且包含 $x$ 轴的一对对顶角,(0,0)点除外. 等位线为

$$ y = \sin {cx}\;\left( {\left| c\right| \leq \frac{\pi }{2}}\right) ; $$

(4)定义域为双叶双曲面 ${x}^{2} + {y}^{2} - {z}^{2} = - 1$ 所围的上下两个开区域,等位面为双叶双曲面

$$ {x}^{2} + {y}^{2} - {z}^{2} = - 1 - {\mathrm{e}}^{c}\;\left( {-\infty < c < + \infty }\right) . $$

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:确定函数(1)的定义域
函数 u = sqrt(1-x^2) + sqrt(1-y^2) 要求两个根号内的表达式非负,即 1-x^2 >= 0 且 1-y^2 >= 0,解得 |x| <= 1 且 |y| <= 1。定义域为闭正方形。
公式:1-x^2 >= 0, 1-y^2 >= 0
提示:注意根号内非负。
步骤 2/4
目标:确定函数(2)的定义域
函数 u = sqrt((2x - x^2 - y^2)/(x^2 + y^2 - x)) 要求根号内非负且分母不为零。即 (2x - x^2 - y^2)/(x^2 + y^2 - x) >= 0 且 x^2 + y^2 - x ≠ 0。分子可化为 1 - (x-1)^2 - y^2,分母可化为 (x-1/2)^2 + y^2 - 1/4。分子非负对应圆内(含边界),分母正对应圆外(不含边界),因此定义域为两圆之间的月牙形区域(不含小圆圆周)。
公式:(2x - x^2 - y^2)/(x^2 + y^2 - x) >= 0, x^2 + y^2 - x ≠ 0
提示:注意分母不为零,且分式非负需分子分母同号。
步骤 3/4
目标:确定函数(3)的定义域和等位线
函数 u = arcsin(y/x) 要求 |y/x| <= 1 且 x ≠ 0,即 |y| <= |x| 且 x ≠ 0。定义域为直线 y = ±x 围成的包含 x 轴的对顶角(不含原点)。等位线由 u = c 得 y/x = sin c,即 y = x sin c,其中 |c| <= π/2。
公式:|y/x| <= 1, x ≠ 0; y = x sin c
提示:注意反正弦函数的值域为 [-π/2, π/2]。
步骤 4/4
目标:确定函数(4)的定义域和等位面
函数 u = ln(-1 - x^2 - y^2 + z^2) 要求真数大于0,即 z^2 - x^2 - y^2 > 1,即 x^2 + y^2 - z^2 < -1。定义域为双叶双曲面 x^2 + y^2 - z^2 = -1 所围的上下两个开区域。等位面由 u = c 得 -1 - x^2 - y^2 + z^2 = e^c,即 x^2 + y^2 - z^2 = -1 - e^c,其中 c ∈ R。
公式:-1 - x^2 - y^2 + z^2 > 0; x^2 + y^2 - z^2 = -1 - e^c
提示:注意对数真数大于0。

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