设函数f(x)连续且恒大于零,F(t)=∫∫∫Ω(t)f(x2+y2+z2)dv∫∫D(t)f(x2+y2)dσ,G(x

设函数f(x)连续且恒大于零,F(t)=
∫∫∫
Ω(t)
f(x2+y2+z2)dv
∫∫
D(t)
f(x2+y2)dσ
,G(x)=
∫∫
D(t)
f(x2+y2)dσ
t
−t
f(x2)dx
,其中Ω(t)={(x,y,z)|x2+y2+z2≤t2},D(t)={(x,y)|x2+y2≤t2}.
(1)讨论F(t)在区间(0,+∞)内的单调性;
(2)证明当t>0时,F(t)>[2/π]G(t).
西江弦月 1年前 已收到1个回答 举报

端欣晴阳 幼苗

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解题思路:(1)先分别在球面坐标下计算分子的三重积分和在极坐标下计算分母的重积分,再根据导函数F'(t)的符号确定单调性;
(2)将待证的不等式作适当的恒等变形后,构造辅助函数,再用单调性进行证明即可.

(1)因为F(t)=

∫2π0dθ
∫π0dϕ
∫t0f(r2)r2sinϕdr

∫2π0dθ
∫t0f(r2)rdr=
2
∫t0f(r2)r2dr

∫t0f(r2)rdr,
F′(t)=2
tf(t2)
∫t0f(r2)r(t−r)dr
[
∫t0f(r2)rdr]2,
显然有:
t≥0,f(t2)>0;t-r≥0,f(r2)>0;
所以:
tf(t2
∫t0f(r2)(t-r)dr≥0.
因此:
在(0,+∞)上F'(t)≥0,
故F(t) 在(0,+∞)内单调不减.
(2)因为:
G(t)=
π
∫t0f(r2)rdr

∫t0f(r2)dr,
要证明t>0时
F(t)>
2
πG(t),只需证明t>0时,
F(t)−
2
πG(t)>0,

∫t0f(r2)r2dr
∫t0f(r2)dr−[
∫t0f(r2)rdr]2>0.
令g(t)=
∫t0f(r2)r2dr
∫t

点评:
本题考点: 三重积分的性质及应用;三重积分的计算.

考点点评: 本题将定积分、二重积分和三重积分等多个知识点结合起来了,但难点是证明(2)中的不等式.

1年前

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