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1999 年

第 1 题

Example

\(\displaystyle \lim_{x \to 0}\left( \frac{1}{x^2}-\frac{1}{x\tan x} \right) =\) ?

通分,等价无穷小。

第 2 题

Example

\(\displaystyle \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x}\sin(x-t)^2\mathrm{d}t=\) ?

换元,变限积分求导。

第 3 题

Example

\(\displaystyle y''-4y=\mathrm{e}^{2x}\) 的通解为 \(y=\) ?

基础题。

第 4 题

Example

设 \(n\) 阶矩阵 \(A\) 的元素全为 \(1\), 则 \(A\) 的 \(n\) 个特征值是 ?

常规方法就是对这个行和相等的行列式进行化简,套路是都加到第一行(列)上,然后求出特征多项式,从而得到特征值。

当然我们还可以把 \(A\) 当作秩一矩阵理解,在 1992 年数一真题第 5 题的讲解中,我拓展了秩一矩阵的常用 8 条性质,其中本题考察的就是第 7 条。忘记的朋友可以复习一下我对 1992 年数一真题的讲解。1992 数一真题

秩一矩阵性质证明可以参考:秩一矩阵 8 大性质

第 5 题

Example

设两两相互独立的三事件 \(A,B\) 和 \(C\) 满足条件 : \(ABC=\varnothing,\ P(A)=P(B)=P(C)<\dfrac{1}{2}\), 且已知 \(P(A\cup B\cup C)=\dfrac{9}{16}\), 则 \(P(A)=\) ?

加法公式,独立的性质。

第 6 题

Example

设 \(f(x)\) 是连续函数 , \(F(x)\) 是 \(f(x)\) 的原函数 , 则 ?

(A) 当 \(f(x)\) 是奇函数时 , \(F(x)\) 必是偶函数 .

(B) 当 \(f(x)\) 是偶函数时 , \(F(x)\) 必是奇函数 .

(C) 当 \(f(x)\) 是周期函数时 , \(F(x)\) 必是周期函数 .

(D) 当 \(f(x)\) 是单调增函数时 , \(F(x)\) 必是单调增函数 .

考察对原函数和导函数关系的理解。

B/C/D 三个选项都很容易找出反例:

A 选项感性理解是正确的,严谨证明如下:

第 7 题

Example

设

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{1-\cos x}{\sqrt{x}},& x>0,\\ x^2g(x),& x\leqslant 0, \end{cases} \]

其中 \(g(x)\) 是有界函数 , 则 \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处 ?

(A) 极限不存在 .

(B) 极限存在 , 但不连续 .

(C) 连续 , 但不可导 .

(D) 可导 .

求出导函数在 \(x=0\) 处的左右极限,发现是相等的,因此可导。

至于其他选项,显然 \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处是连续的,因此都是错的。

第 8 题

Example

设

\[ f(x)= \begin{cases} x,& 0\leqslant x \leqslant \dfrac{1}{2},\\ 2-2x,& \dfrac{1}{2} < x < 1, \end{cases} \]

\(S(x)=\displaystyle\dfrac{a_0}{2}+\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n\cos n\pi x,\ -\infty<x<+\infty\), 其中 \(a_n=2\displaystyle\int_{0}^{1}f(x)\cos n\pi x\,\mathrm{d}x,\ (n=0,1,2,\cdots)\), 则 \(S\left(-\dfrac{5}{2}\right)\) 等于 ?

(A) \(\dfrac{1}{2}\).

(B) \(-\dfrac{1}{2}\).

(C) \(\dfrac{3}{4}\).

(D) \(-\dfrac{3}{4}\).

狄利克雷收敛定理。首先根据余弦级数可以知道,\(f(x)\) 要进行偶延拓。于是根据周期性将 \(-\frac{5}{2}\) 转化到已知函数表达式的区间内,发现考察的是间断点类型的收敛定理。

第 9 题

Example

设 \(A\) 是 \(m\times n\) 矩阵 , \(B\) 是 \(n\times m\) 矩阵 , 则 ?

(A) 当 \(m>n\) 时 , 必有行列式 \(|AB|\neq 0\).

(B) 当 \(m>n\) 时 , 必有行列式 \(|AB|=0\).

(C) 当 \(n>m\) 时 , 必有行列式 \(|AB|\neq 0\).

(D) 当 \(n>m\) 时 , 必有行列式 \(|AB|=0\).

考察之前反复讲过的秩的性质,如果不知道这个矩阵秩的性质,可以复习一下我之前讲过的矩阵秩的常用性质以及常用秩不等式:矩阵秩大总结

本题过程如下:

第 10 题

Example

设两个相互独立的随机变量 \(X\) 和 \(Y\) 分别服从正态分布 \(N(0,1)\) 和 \(N(1,1)\),则 ?

(A) \(P\{X+Y \leqslant 0\} = \dfrac{1}{2}\).

(B) \(P\{X+Y \leqslant 1\} = \dfrac{1}{2}\).

(C) \(P\{X-Y \leqslant 0\} = \dfrac{1}{2}\).

(D) \(P\{X-Y \leqslant 1\} = \dfrac{1}{2}\).

送分题。

第 11 题

Example

设 \(y = y(x), z = z(x)\) 是由方程 \(z = xf(x+y)\) 和 \(F(x,y,z) = 0\) 所确定的函数,其中 \(f\) 和 \(F\) 分别具有一阶连续导数和一阶连续偏导数,求 \(\dfrac{\mathrm{d}z}{\mathrm{d}x}\).

两个方程都对 \(x\) 求导即可,当然对第二个方程之间使用隐函数求导公式也是可以的。

第 12 题

Example

求 \(\displaystyle I = \int_L \big[\mathrm{e}^x\sin y - b(x+y)\big]\mathrm{d}x + \big(\mathrm{e}^x\cos y - ax\big)\mathrm{d}y\),其中 \(a,b\) 为正的常数,\(L\) 为从点 \(A(2a,0)\) 沿曲线 \(y = \sqrt{2ax-x^2}\) 到点 \(O(0,0)\) 的弧 .

补线法 + \(\mathrm{Green}\) 公式。

第 13 题

Example

设函数 \(y(x)\ (x \geqslant 0)\) 二阶可导且 \(y'(x) > 0,\ y(0) = 1\). 过曲线 \(y = y(x)\) 上任意一点 \(P(x,y)\) 作该曲线的切线及 \(x\) 轴的垂线,上述两直线与 \(x\) 轴所围成的三角形的面积记为 \(S_1\),区间 \([0,x]\) 上以 \(y = y(x)\) 为曲边的曲边梯形面积记为 \(S_2\),并设 \(2S_1 - S_2\) 恒为 \(1\),求此曲线 \(y = y(x)\) 的方程 .

根据面积关系列出等式,化简得到一个含有变限积分的微分方程,对 \(x\) 求导得到一个不显含 \(x\) 的二阶可降阶微分方程,做换元 \(y'=p\),\(y''= \dfrac{p\mathrm{~d} p}{\mathrm{~d} y}\),分离变量即可。

第 14 题

Example

试证:当 \(x > 0\) 时,\((x^2-1)\ln x \geqslant (x-1)^2\).

高中题,显然将对数分离可以简化求导计算。这里需要注意对数前的系数在所给区间并不是不变号的,所以需要分类讨论。

第 15 题

Example

为清除井底的污泥,用缆绳将抓斗放入井底,抓起污泥后提出井口 . 已知井深 \(30\ \mathrm{m}\),抓斗自重 \(400\ \mathrm{N}\),缆绳每米重 \(50\ \mathrm{N}\),抓斗抓起的污泥重 \(2000\ \mathrm{N}\),提升速度为 \(3\ \mathrm{m/s}\),在提升过程中,污泥以 \(20\ \mathrm{N/s}\) 的速率从抓斗缝隙中漏掉 . 现将抓起污泥的抓斗提升至井口,问克服重力需作多少焦耳的功?

物理题,放在高中不用积分也能做,画图求面积嘛。

第 16 题

Example

设 \(S\) 为椭球面 \(\dfrac{x^2}{2}+\dfrac{y^2}{2}+z^2 = 1\) 的上半部分,点 \(P(x,y,z) \in S\),\(\pi\) 为 \(S\) 在点 \(P\) 处的切平面,\(\rho(x,y,z)\) 为点 \(O(0,0,0)\) 到平面 \(\pi\) 的距离,求 \(\displaystyle \iint_S \dfrac{z}{\rho(x,y,z)}\mathrm{d}S\).

很好的一道题。首先求出切平面方程,然后求出 \(\rho(x,y,z)\) 的表达式。

剩下的就是按照投影法计算第二类曲面积分,注意线面积分都是可以把方程代入化简的。

第 17 题

Example

设 \(\displaystyle a_n = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan^n x\,\mathrm{d}x\),

(1) 求 \(\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}\big(a_n + a_{n+2}\big)\) 的值;

(2) 试证:对任意的常数 \(\lambda > 0\),级数 \(\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{a_n}{n^{\lambda}}\) 收敛 .

第一问代入 \(a_{n}\) 的表达式化简通项,利用 \(\sec ^{2}x=1+\tan ^{2}x\) 凑微分,得到可以裂项的结构。

第二问考虑对 \(a_{n}\) 放缩处理,结合 \(\lambda>0\) 得到通项的上界是收敛的 \(p\) 级数,所以原级数也收敛。

第 18 题

Example

设矩阵 \(A=\begin{pmatrix} a & -1 & c \\ 5 & b & 3 \\ 1-c & 0 & -a \end{pmatrix}\),其行列式 \(|A|=-1\),又 \(A\) 的伴随矩阵 \(A^*\) 有一个特征值 \(\lambda_0\),属于 \(\lambda_0\) 的一个特征向量为 \(\boldsymbol{\alpha}=(-1,-1,1)^\mathrm{T}\),求 \(a,b,c\) 和 \(\lambda_0\) 的值。

通过 1989 数一真题结论可知伴随矩阵和原矩阵特征值的关系,从而根据特征值的定义列出方程组,结合 \(|A|=-1\) 联立即可解出所有参数。

第 19 题

Example

设 \(A\) 为 \(m\) 阶实对称矩阵且正定,\(B\) 为 \(m\times n\) 实矩阵,\(B^\mathrm{T}\) 为 \(B\) 的转置矩阵,试证:\(B^\mathrm{T}AB\) 为正定矩阵的充分必要条件是 \(B\) 的秩 \(r(B)=n\)。

必要性:根据正定矩阵的定义,得到对任意非零向量 \(x\) 都有 \(Bx\neq 0\),从而得出齐次方程组只有零解,所以 \(B\) 的列向量组线性无关,从而列满秩。

充分性:根据列满秩得到齐次方程组只有零解,从而对任意非零向量 \(x\) 都有 \(Bx\neq 0\),再根据正定矩阵的定义结合 \(A\) 的正定性即可说明 \(B^{T}AB\) 的正定性。

第 20 题

Example

设随机变量 \(X\) 与 \(Y\) 相互独立,下表列出了二维随机变量 \((X,Y)\) 的联合分布律及关于 \(X\) 和关于 \(Y\) 的边缘分布律中的部分数值,试将其余数值填入表中的空白处。

小学算术题。

第 21 题

Example

设总体 \(X\) 的概率密度为

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{6x}{\theta^3}(\theta-x), & 0<x<\theta,\\[4pt] 0, & \text{其他}, \end{cases} \]

\(X_1,X_2,\cdots,X_n\) 是取自总体 \(X\) 的简单随机样本。

(1) 求 \(\theta\) 的矩估计量 \(\hat{\theta}\);

(2) 求 \(\hat{\theta}\) 的方差 \(D(\hat{\theta})\)。

矩估计通过总体一阶原点矩和样本一阶原点矩相等即可得到结果。

对于矩估计量的方差,需要用到性质 \(D(\overline{X})=\dfrac{1}{n}D(X)\),这个性质的证明也是很重要的:

\[ \begin{aligned} D(\overline{X}) &= D\left( \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i \right) \\ &= \left(\frac{1}{n}\right)^2 \cdot D\left(\sum_{i=1}^n X_i\right)\\ &= \frac{1}{n^2}\cdot \sum_{i=1}^n D(X_i) \quad \text{(独立变量方差可加)}\\ &= \frac{1}{n^2}\cdot \big[D(X_1)+D(X_2)+\dots+D(X_n)\big] \end{aligned} \]

独立同分布,所以每个 \(D(X_i)=D(X)\),一共 \(n\) 项:

\[ \begin{aligned} D(\overline{X}) &= \frac{1}{n^2}\cdot n\cdot D(X) \\ &= \frac{1}{n}D(X) \end{aligned} \]

因此原题只需要求出 \(D(X)\) 即可,过程如下:

以上就是对于 1999 年数一真题的全部解答,熟练度还是很重要的,比如第 4 题一眼看出是秩一矩阵你就可以直接写答案;第 9 题熟练掌握我之前推文中关于秩的性质也可以很快做出来(真题已经考过很多遍啦!);第 13 题的二阶可降阶微分方程的换元前几套数一的真题讲解也是每年都有;第 18 题的这个结论真题讲解都讲烂了,不可能不会了吧。其中第 16 和 17 题出的比较灵活,综合性和趣味性都比较强。

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