一、单选题 （共 6 题，每小题 5 分，共 50 分，每题只有一个选项正确）
函数 $y=x \arctan x$ 在
$\text{A.}$ $(-\infty,+\infty)$ 内处处是凸的
$\text{B.}$ $(-\infty,+\infty)$ 内处处是凹的
$\text{C.}$ $(-\infty, 0)$ 内为凸的, $(0,+\infty)$ 内为凹的
$\text{D.}$ $(-\infty, 0)$ 内为凹的, $(0,+\infty)$ 内为凸的
设函数 $p(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上连续, $y(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上具有二阶导数且满足
$y^{\prime \prime}(x)+p(x) y^{\prime}(x)-y(x)=0, y(a)=y(b)=0,$ 则在 $[a, b]$ 上, $y(x)$
$\text{A.}$ 有正的最大值,无负的最小值.
$\text{B.}$ 有负的最小值,无正的最大值.
$\text{C.}$ 既有正的最大值, 又有负的最小值.
$\text{D.}$ 既无正的最大值, 又无负的最小值.
设函数 $f(x)=(1-\cos x)(2-\cos x) \cdots(n-\cos x)$, 则 $f^{\prime \prime}(0)=$
$\text{A.}$ $(n-1)$ !.
$\text{B.}$ $n !$.
$\text{C.}$ $(n+1)$ !.
$\text{D.}$ 0
设函数 $f(x)$ 具有 2 阶导数, 且 $f(x)>0, f^{\prime \prime}(x) f(x)-\left[f^{\prime}(x)\right]^2>0$, 则
$\text{A.}$ $f^{\prime}(-1) f(1)>f^{\prime}(1) f(-1)$.
$\text{B.}$ $f^{\prime}(1) f(1) < f^{\prime}(-1) f(-1)$.
$\text{C.}$ $f^2(0)>f(-1) f(1)$.
$\text{D.}$ $f^2(0) < f(-1) f(1)$.
$y=f(x)=\frac{\mathrm{e}^x+x \arctan x}{\mathrm{e}^x+x-1}$ 的渐近线条数是
$\text{A.}$ 0
$\text{B.}$ 1
$\text{C.}$ 2
$\text{D.}$ 3
设 $a>\frac{\mathrm{e}^3}{4}$, 则方程 $a(x+1)^2 \mathrm{e}^x=1$ 的实根个数为
$\text{A.}$ 1
$\text{B.}$ 2
$\text{C.}$ 3
$\text{D.}$ 4
二、填空题 （共 6 题, 每小题 5 分，共 20 分， 请把答案直接填写在答题纸上）
曲线 $y=\frac{x^2+1}{\sqrt{x^2-1}}$ 的渐近线条数为
曲线 $y=(x-5) x^{\frac{2}{3}}$ 的拐点坐标为 ________ .
设函数 $f(x)=\mathrm{e}^x \cos x+\mathrm{e}^{-x} \sin x$, 则 $f^{(2023)}(0)=$
设函数 $y=f(x)$ 二阶可导, 且满足 $y^{\prime}=(5-y) y^a$, 其中常数 $a>0$, 点 $\left(x_0, 3\right)$ 为曲线 $y=f(x)$ 的拐点, 则 $a=$
求曲线 $y-x+e^y=0$ 在点 $x=1$ 处的切线方程
求曲线 $y=\frac{1+x}{1-e^{-x}}$ 的渐近线个数
三、解答题 （ 共 26 题，满分 80 分，解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤 ）
设 $f(x)$ 是区间 $[a, b]$ 上的正值连续函数, 试证: 存在唯一的 $\xi \in(a, b)$, 使得:
$$
\int_a^{\xi} f(x) \mathrm{d} x=\int_{\xi}^b f(x) \mathrm{d} x=\frac{1}{2} \int_a^b f(x) \mathrm{d} x
$$
试确定方程 $\mathrm{e}^x=a x^2(a>0)$ 的实根个数.
设 $f(x), g(x)$ 在 $[a, b]$ 上连续, 在 $(a, b)$ 内可导, 且 $g(a)=g(b)=1, f^{\prime}(x) \neq 0$. 试证存在 $\xi, \eta \in(a, b)$, 使得 $\frac{f^{\prime}(\xi)}{f^{\prime}(\eta)}=\mathrm{e}^{\xi-\eta}\left[g(\xi)+g^{\prime}(\xi)\right]$
对函数 $y=\frac{x+1}{x^2}$ 填写下表:
证明当 $x>0$ 时, $\ln \left(x+\sqrt{1+x^2}\right) < \sqrt{1+x^2} \arctan x$.
设函数 $f(x)$ 在 $[a, b]$ 上可导，满足:
$$
f(a)=f(b)=0, f_{+}^{\prime}(a) \cdot f_{-}^{\prime}(b)>0 .
$$
证明: 至少存在不同的两点 $\xi, \eta \in[a, b]$ ，使得
$$
f^{\prime}(\xi)=f^{\prime}(\eta)=0 .
$$
设函数 $f_1(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上可积， $A$ 是一个给定实数，且 $f_{n+1}(x)=A+\int_a^x f_n(t) \mathrm{d} t$ ，其中 $x \in[a, b], n=1,2, \cdots$.
(1) 证明: 函数列 $\left\{f_n(x)\right\}$ 在 $[a, b]$ 上一致收敛.
(2) 记 $\left\{f_n(x)\right\}$ 极限函数为 $f(x)$ ， 证明: $f(x)$ 在 $[a, b]$ 可微.
设 $f(x)$ 在 $[a, b]$ 上连续单调增加，证明:
$$
\int_a^b x f(x) \mathrm{d} x \geq \frac{a+b}{2} \int_a^b f(x) \mathrm{d} x .
$$
设
$
f(x, y)=\left\{\begin{array}{rr}
\left( x^2+y^2\right) \sin \frac{1}{x^2+y^2},(x, y) \neq(0,0) \\
0 ,(x, y)=(0,0)
\end{array} .\right.
$
证明:
(1) $f(x, y)$ 在 $(0,0)$ 处连续;
(2) $f(x, y)$ 在 $(0,0)$ 处存在偏导数;
(3) $f(x, y)$ 在 $(0,0)$ 处的偏导数不连续；
(4) $f(x, y)$ 在 $(0,0)$ 处可微.
证明: 当 $x \geqslant 0$ 时, 存在 $\theta(x) \in(0,1)$, 使得 $\frac{\sqrt{x+1}+\sqrt{x}}{\sqrt{x+\theta(x)}}=2$, 且 $\theta(x)$ 满足:
( I ) $\frac{1}{4} \leqslant \theta(x) < \frac{1}{2} ;$
(II) $\lim _{x \rightarrow 0^{+}} \theta(x)=\frac{1}{4}, \lim _{x \rightarrow+\infty} \theta(x)=\frac{1}{2}$.
设函数 $f(x)$ 在闭区间 $[0,1]$ 上连续，在开区间 $(0,1)$ 内可导，且
$$
f(0)=f(1)=0, f\left(\frac{1}{2}\right)=1 .
$$
证明: 必定存在 $\xi \in(0,1)$ ，使得 $f^{\prime}(\xi)=1$.
设 $D=\{(x, y): 0 < x < 1,0 < y < +\infty\}$ ，证明：对任意的 $(x, y) \in D$ ，成立不等式: $y \cdot x^y \cdot(1-x) < \frac{1}{e}$.
证明: 若 $f(x, y)$ 在区域 $D$ 上分别对每个自变量 $x$ 和 $y$ 都连续，并且对 $x$ 是单调的，则函数 $f(x, y)$ 在区域 $D$ 内为连续函数.
已知函数 $f(x)$ 在 $[a, b](a>0)$ 上连续, 在 $(a, b)$ 内可导, 且 $f(a)=0, f(b)=1$. 证明:
(I) 存在 $c \in(a, b)$, 使得 $f(c)=\frac{a}{a+b}$;
(II) 存在两个不同的点 $\xi, \eta \in(a, b)$ 使得 $\frac{a}{f^{\prime}(\xi)}+\frac{b}{f^{\prime}(\eta)}=b^2-a^2$.
(1) 已知 $\lim _{x \rightarrow+\infty}[f(x)-(a x+b)]=0$.求 $a, b$.
(2) 设函数 $f(x)$ 在 $[a,+\infty)$ 上一致连续，设函数 $g(x)$在 $[a,+\infty)$ 上连续，且 $\lim _{x \rightarrow+\infty}[f(x)-g(x)]=0$. 证明: 函数 $g(x)$ 在 $[a,+\infty)$ 上一致连续.
(3) 用 (2) 的结论说明: $f(x)=\frac{1}{x}+\ln \left(1+e^x\right)$ 在区间 $[1,+\infty)$ 上一致连续.
(4) 设函数 $f(x)$ 在区间 $(-\infty,+\infty)$ 上可导，且存在常数 $a_1, a_2, b_1, b_2,\left(a_1 < a_2\right)$ ，使得
$$
\begin{aligned}
& \lim _{x \rightarrow-\infty}\left[f(x)-\left(a_1 x+b_1\right)\right]=0 \\
& \lim _{x \rightarrow+\infty}\left[f(x)-\left(a_2 x+b_2\right)\right]=0
\end{aligned}
$$
证明：对任意的 $c \in\left(a_1, a_2\right)$ ，存在 $\xi \in(-\infty,+\infty)$ ，使得
$$
f^{\prime}(\xi)=c .
$$
试证: $x>\sin x>x-\frac{x^3}{6},(x>0)$
设 $0 < x < \frac{\pi}{2}$, 证明:
( I ) 函数 $f(x)=\frac{\ln \left(x+\sqrt{x^2+1}\right)}{\sin x}$ 单调递增;
( II ) $\ln \left(x+\sqrt{x^2+1}\right)>\sin x$.
设周期函数 $f(x)=(-1)^{[x]}\left|x-\left[x+\frac{1}{2}\right]\right|$, 其中 $[x],\left[x+\frac{1}{2}\right]$ 分别表示不超过 $x, x+\frac{1}{2}$的最大整数,记 $a_n=\int_0^1 \frac{f(n x)}{x} \mathrm{~d} x$. 证明:
(I) 数列 $\left\{a_{2 n-1}\right\}$ 单调减少, $\left\{a_{2 n}\right\}$ 单调增加;
(II) $\lim _{n \rightarrow \infty} a_n$ 存在.
证明：
$$
\lim _{h \rightarrow 0^{+}} \int \frac{h}{h^2+x^2} \ln \left(x^2+2\right) \mathrm{d} x=\frac{\pi}{2} \ln 2
$$
若 $f(x)$ 为 $[0,1]$ 上的单调增加的连续函数, 证明:
$$
\frac{\int_0^1 x f^3(x) d x}{\int_0^1 x f^2(x) d x} \geq \frac{\int_0^1 f^3(x) d x}{\int_0^1 f^2(x) d x}
$$
设函数 $f(x)$ 在闭区间 $[a, b]$ 上有二阶导数，且
$$
f^{(k)}(a)=f^{(k)}(b)=0,(k=0,1) .
$$
证明: 存在 $\xi \in(a, b)$ ，使得 $f^{(2)}(\xi)=f(\xi)$.
利用致密性定理证明闭区间上的连续函数必然是有界的.
已知函数 $f(x)$ 在 $[a, b]$ 上有一阶连续导数, 且在开区间内一点 $c \in(a, b)(c>0)$ 处与直线 $y=k$ 相切. 证明: $\exists \eta \in(a, b)$ 且 $\eta \neq c$, 使得 $f^{\prime}(\eta)+2 \eta[f(\eta)-f(b)]=0$.
证明极限 $\lim _{n \rightarrow \infty} n \int_0^1 \frac{x^n}{1+x^n} \mathrm{~d} x=\ln 2$.
设 $0 < x < \frac{\pi}{2}$, 证明
(I) 函数 $f(x)=\frac{\ln \left(x+\sqrt{x^2+1}\right)}{\sin x}$ 单调递增;
(II) $\ln \left(x+\sqrt{x^2+1}\right)>\sin x$.
设 $f(x)$ 在 $[0,1]$ 上连续, $\int_0^1 f(x) \mathrm{d} x=0$, 且对任意的 $x \in(0,1)$, $\int_0^x f(t) \mathrm{d} t \neq 0$, 证明在 $(0,1)$ 内存在一点 $\xi$, 使 $f(\xi)=\int_0^x f(t) \mathrm{d} t$.