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1997 年

第 1 题

Example

\(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{3\sin x+x^2\cos \dfrac{1}{x}}{(1+\cos x)\ln(1+x)}=\) ?

非零因此先代入,根据极限的四则运算拆成两个极限,第一个使用等价无穷小,第二个是有界量 \(\times\) 无穷小。

第 2 题

Example

设幂级数 \(\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}a_nx^n\) 的收敛半径为 \(3\),则幂级数 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}na_n(x-1)^{n+1}\) 的收敛区间为 ?

考察逐项求导不改变收敛半径,剩下的换元理解即可。

第 3 题

Example

对数螺线 \(\rho=e^{\theta}\) 在点 \(\displaystyle(\rho,\theta)=\left(e^{\frac{\pi}{2}},\frac{\pi}{2}\right)\) 处的切线的直角坐标方程为 ?

根据极坐标和直角坐标系的对应关系,得到:

\[ \frac{1}{2}\ln(x^{2}+y^{2})=\arctan \frac{y}{x} \]

两边同时对 \(x\) 求导,得到斜率。

第 4 题

Example

设 \(A=\begin{pmatrix} 1 & 2 & -2 \\ 4 & t & 3 \\ 3 & -1 & 1 \end{pmatrix}\),\(B\) 为 \(3\) 阶非零矩阵,且 \(AB=O\),则 \(t=\) ?

根据经典不等式 \(\mathrm{Sylvester}\) 不等式可以得到两个矩阵乘积是零矩阵时的一个重要不等式 :

\[ r(A)+r(B)\leqslant n \]

如果不熟悉 \(\mathrm{Sylvester}\) 不等式可以参考我之前讲的矩阵秩专题的文章:矩阵的秩!夯爆了!

而本题中 \(B\) 是非零矩阵,秩至少是 1,所以 \(A\) 一定不满秩,因此 \(|A|=0\),从而求出 \(t\)。

Tip

当然,还可以将题干条件理解成线性方程组 \(Ax=0\) 存在非零解。那么也可以里面得到 \(|A|=0\)。

第 5 题

Example

袋中有 \(50\) 个乒乓球,其中 \(20\) 个是黄球,\(30\) 个是白球。今有两人依次随机地从袋中各取一球,取后不放回,则第二人取得黄球的概率是 ?

抽签原理,秒了。

第 6 题

Example

二元函数

\[ f(x,y)= \begin{cases} \dfrac{xy}{x^2+y^2}, & (x,y)\neq(0,0),\\[4pt] 0, & (x,y)=(0,0) \end{cases} \]

在点 \((0,0)\) 处 ?

(A) 连续,偏导数存在。

(B) 连续,偏导数不存在。

(C) 不连续,偏导数存在。

(D) 不连续,偏导数不存在。

首先验证连续,我们取一条单路径容易发现 \((0,0)\) 处的极限值和 \(k\) 有关,因此不连续。当然极坐标也可以。

而偏导的存在性根据定义显然是存在的。故选 C。

第 7 题

Example

设在区间 \([a,b]\) 上 \(f(x)>0,\,f'(x)<0,\,f''(x)>0\)。令

\[ S_1=\int_{a}^{b}f(x)\mathrm{d}x,\quad S_2=f(b)(b-a),\quad S_3=\frac{1}{2}\big[f(a)+f(b)\big](b-a), \]

则 ?

(A) \(S_1<S_2<S_3.\)

(B) \(S_2<S_1<S_3.\)

(C) \(S_3<S_1<S_2.\)

(D) \(S_2<S_3<S_1.\)

画图,通过几何意义理解。显然选 B。

第 8 题

Example

设 \(\displaystyle F(x)=\int_{x}^{x+2\pi}e^{\sin t}\sin t\,\mathrm{d}t\),则 \(F(x)\) ?

(A) 为正常数。

(B) 为负常数。

(C) 恒为零。

(D) 不为常数。

变限积分,首先考虑求导,发现导数为 0,因此原函数为常函数,与 \(x\) 的值无关,因此我们可以任取一个好算的 \(x=0\) 来计算常函数具体的数值。

当然也可以不用变限积分求导,因为被积函数显然是周期为 \(2\pi\) 的周期函数,于是我们根据周期性将区间 \((x,x+2\pi)\) 的积分变到区间 \((0,2\pi)\) 上进行计算,也是和 \(x\) 无关的。

分部积分后定性分析可得常数大于 0,选 A。

第 9 题

Example

设

\[ \boldsymbol{\alpha}_1=\begin{pmatrix}a_1\\a_2\\a_3\end{pmatrix},\quad \boldsymbol{\alpha}_2=\begin{pmatrix}b_1\\b_2\\b_3\end{pmatrix},\quad \boldsymbol{\alpha}_3=\begin{pmatrix}c_1\\c_2\\c_3\end{pmatrix}, \]

则三条直线 \(a_1x+b_1y+c_1=0,\,a_2x+b_2y+c_2=0,\,a_3x+b_3y+c_3=0\)(其中 \(a_i^2+b_i^2\neq 0,\,i=1,2,3\))交于一点的充要条件是 ?

(A) \(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2,\boldsymbol{\alpha}_3\) 线性相关。

(B) \(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2,\boldsymbol{\alpha}_3\) 线性无关。

(C) 秩 \(r(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2,\boldsymbol{\alpha}_3)=\) 秩 \(r(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2)\)。

(D) \(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2,\boldsymbol{\alpha}_3\) 线性相关,\(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2\) 线性无关。

三线共点等价于线性方程组有唯一解。因此增广矩阵的秩和系数矩阵的秩相等,都等于 \(n=2\)。

因此系数矩阵对应的两列满秩,线性无关;增广矩阵对应的三列不满秩,线性相关。因此选 D。

Tip

需要注意 A、C 两个选项都只是必要条件,而不是充要条件!

第 10 题

Example

设两个相互独立的随机变量 \(X\) 和 \(Y\) 的方差分别为 \(4\) 和 \(2\),则随机变量 \(3X-2Y\) 的方差是 ?

(A) \(8\).

(B) \(16\).

(C) \(28\).

(D) \(44\).

送分题,考察方差的性质。

第 11 题

Example

计算 \(\displaystyle I=\iiint_\Omega (x^2+y^2)\mathrm{d}v\),其中 \(\Omega\) 为平面曲线 \(\begin{cases}y^2=2z,\\x=0\end{cases}\) 绕 \(z\) 轴旋转一周形成的曲面与平面 \(z=8\) 所围成的区域。

先二后一投影法,其中二采用极坐标计算。

第 12 题

Example

计算曲线积分 \(\displaystyle \oint_C (z-y)\mathrm{d}x+(x-z)\mathrm{d}y+(x-y)\mathrm{d}z\),其中 \(C\) 是曲线 \(\begin{cases}x^2+y^2=1,\\x-y+z=2,\end{cases}\) 从 \(z\) 轴正方向往 \(z\) 轴负方向看,\(C\) 的方向是顺时针的。

由于本题所给曲线很容易用参数方程的形式表示,因此我们可以考虑使用 \(\mathrm{Stokes}\) 公式的平替——降维后使用 \(\mathrm{Green}\) 公式。需要注意曲线方向是逆时针的,因此我们取参数 \(t:2\pi\to 0\)。

当然直接使用 \(\mathrm{Stokes}\) 公式也是可以的,选取平面被柱面所截得的曲面,根据右手法则取下侧。剩下的就是套公式计算了。

第 13 题

Example

在某一人群中推广新技术是通过其中已掌握新技术的人进行的。设该人群的总人数为 \(N\),在 \(t=0\) 时刻已掌握新技术的人数为 \(x_0\),在任意时刻 \(t\) 已掌握新技术的人数为 \(x(t)\)(将 \(x(t)\) 视为连续可微变量),其变化率与已掌握新技术人数和未掌握新技术人数之积成正比,比例常数 \(k>0\),求 \(x(t)\)。

简单微分方程。

Tip

注意本题字母较多,计算时可以考虑将部分常数整体换元换掉进行积分运算,最后再换回来,降低出错概率。

第 14 题

Example

设直线 \(l:\begin{cases}x+y+b=0,\\x+ay-z-3=0\end{cases}\) 在平面 \(\pi\) 上,而平面 \(\pi\) 与曲面 \(z=x^2+y^2\) 相切于点 \((1,-2,5)\),求 \(a,b\) 之值。

首先求出平面 \(\pi\),然后剩下的过程就是求平面上满足条件的直线。我觉得这种问题用平面束方程做是最简单的。表示出平面束方程后,只需要求出和 \(\pi\) 重合,也就是各个系数均成比例的平面。

Tip

使用平面束方程一定需要注意一个细节,就是方程是不能表示参数 \(\lambda\) 后面的平面的,也即 \(x+ay-z-3=0\),但是这个平面根据 \(x,z\) 的系数比例可以知道和平面 \(\pi\) 一定不重合,因此本题没有在这里设坑。

具体过程如下:

第 15 题

Example

设函数 \(f(u)\) 具有二阶连续导数,而 \(z=f(\mathrm{e}^x\sin y)\) 满足方程 \(\displaystyle \frac{\partial^2 z}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}=\mathrm{e}^{2x}z\),求 \(f(u)\)。

简单计算题。

第 16 题

Example

设 \(f(x)\) 连续,\(\displaystyle \varphi(x)=\int_0^1 f(xt)\mathrm{d}t\),且 \(\displaystyle \lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{x}=A\)(\(A\) 为常数),求 \(\varphi'(x)\) 并讨论 \(\varphi'(x)\) 在 \(x=0\) 处的连续性。

通过条件易知原函数和导函数在 \(x=0\) 处的值均为 0,然后换元后使用洛必达法则即可求出 \(\varphi'(x)\) 的表达式,再根据连续性的定义即可求解。

第 17 题

Example

设 \(a_1=2,\displaystyle a_{n+1}=\frac{1}{2}\left(a_n+\frac{1}{a_n}\right)\ (n=1,2,\cdots)\),证明:

(1) \(\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n\) 存在;

(2) 级数 \(\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{a_n}{a_{n+1}}-1\right)\) 收敛。

第一问是典型的单调有界准则模板题,没啥说的。

第二问,一种方法是考虑比值判别法,对邻项做比,结合第一问求出来的 \(a_{n}\) 极限,可得级数收敛。这种方法比较考验代数变形能力。

第二种方法考虑对通项进行放缩,一方面恒正;另一方面小于 \(a_{n}-a_{n+1}\),而后者是正项级数,通过部分和的极限存在即可说明级数收敛,从而根据比较判别法即可说明放缩前的级数也是收敛的。

第 18 题

Example

设 \(B\) 是秩为 \(2\) 的 \(5\times 4\) 矩阵,\(\boldsymbol{\alpha}_1=(1,1,2,3)^\mathrm{T}\),\(\boldsymbol{\alpha}_2=(-1,1,4,-1)^\mathrm{T}\),\(\boldsymbol{\alpha}_3=(5,-1,-8,9)^\mathrm{T}\) 是齐次线性方程组 \(B\boldsymbol{x}=\boldsymbol{0}\) 的解向量,求 \(B\boldsymbol{x}=\boldsymbol{0}\) 的解空间的一个标准正交基。

首先根据解空间的维度公式求出解空间的维度为 2,而观察发现 \(\alpha_{1}\) 和 \(\alpha_{2}\) 是线性无关的,因此这两个就可以作为解空间的一组基。

题目要求的是标准正交基,那么做 \(\mathrm{Gram-Schmit}\) 正交化即可。

第 19 题

Example

已知 \(\boldsymbol{\xi}=\begin{pmatrix}1\\1\\-1\end{pmatrix}\) 是矩阵 \(A=\begin{pmatrix}2 & -1 & 2\\5 & a & 3\\-1 & b & -2\end{pmatrix}\) 的一个特征向量。

(1) 试确定参数 \(a,b\) 及特征向量 \(\boldsymbol{\xi}\) 所对应的特征值;

(2) 问 \(A\) 能否相似于对角阵?说明理由。

第一问根据特征值的定义列出方程求解即可。

第二问考察相似对角化的条件,首先求出矩阵 \(A\) 的特征值,发现是单个三重根 \(\lambda=-1\),即代数重数为 3。又根据解空间维度公式我们可以得到,\(\lambda=-1\) 对应的线性无关特征向量个数只有 1 个,也就是说几何重数为 1,不等于代数重数,因此不可以相似对角化。

第 20 题

Example

设 \(A\) 是 \(n\) 阶可逆方阵,将 \(A\) 的第 \(i\) 行和第 \(j\) 行对换后得到的矩阵记为 \(B\)。

(1) 证明 \(B\) 可逆;

(2) 求 \(AB^{-1}\)。

考察第一类初等矩阵,即将单位阵的第 \(i\) 行(列)和第 \(j\) 行(列)互换所得到的矩阵,我们记作 \(P_{ij}\),它有两个常用性质:\(|P_{ij}|=-1\),\(P_{ij}^{-1}=P_{ij}\)。

本题的第一问考察的就是第一个性质,第二问考察的就是第二个性质。

三类初等矩阵性质

由于是第一次出现三类初等矩阵这一考点,所以下面我把这三类初等矩阵的行列式和逆的性质总结一下:

第 21 题

Example

从学校乘汽车到火车站的途中有 \(3\) 个交通岗,假设在各个交通岗遇到红灯的事件是相互独立的,并且概率都是 \(\dfrac{2}{5}\)。设 \(X\) 为途中遇到红灯的次数,求随机变量 \(X\) 的分布律、分布函数和数学期望。

二项分布的分布律和分布函数。

第 22 题

Example

设总体 \(X\) 的概率密度为

\[ f(x)= \begin{cases} (\theta+1)x^\theta, & 0 < x < 1,\\ 0, & \text{其他}, \end{cases} \]

其中 \(\theta>-1\) 是未知参数,\(X_1,X_2,\cdots,X_n\) 是来自总体 \(X\) 的一个容量为 \(n\) 的简单随机样本,分别用矩估计法和极大似然估计法求 \(\theta\) 的估计量。

考察矩估计和极大似然估计。

矩估计使用总体一阶原点矩 = 样本一阶原点矩列出等式即可。

极大似然估计对似然函数的对数形式求导找驻点即可,期末难度题。

以上就是对于 1997 年数一真题的全部解答,其中第 9 题和第 17 题第(2)问都比较灵活有趣;第 12 题是数一真题第一次考察 Stokes 公式;第 19 题首次考察相似对角化的条件(这里留一个思考题,幂等矩阵一定可以相似对角化吗?如何证明?);第 20 题考察初等矩阵,比较新颖;最后一题也是数一真题第一次考察矩估计和极大似然估计。整体难度不大,但知识点考察的综合程度我觉得比前几年增加了不少。

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