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2005 年

第 1 题

Example

曲线 \(y=\dfrac{x^2}{2x+1}\) 的斜渐近线方程为 ?

泰勒即可。

第 2 题

Example

微分方程 \(xy'+2y=x\ln x\) 满足 \(y(1)=-\dfrac{1}{9}\) 的解为 ?

一阶线性,套公式或者用积分因子,我这里就直接套公式了。

第 3 题

Example

设函数 \(u(x,y,z)=1+\dfrac{x^2}{6}+\dfrac{y^2}{12}+\dfrac{z^2}{18}\),单位向量 \(\boldsymbol{n}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}(1,1,1)\),则 \(\left.\dfrac{\partial u}{\partial \boldsymbol{n}}\right|_{(1,2,3)}=\) ?

求出方向余弦和对应的偏导数,套方向导数的公式即可。

第 4 题

Example

设 \(\Omega\) 是由锥面 \(z=\sqrt{x^2+y^2}\) 与半球面 \(z=\sqrt{R^2-x^2-y^2}\) 围成的空间区域,\(\Sigma\) 是 \(\Omega\) 的整个边界的外侧,则 \(\displaystyle\iint_\Sigma x\,\mathrm{d}y\mathrm{d}z+y\,\mathrm{d}z\mathrm{d}x+z\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\) ?

高斯公式,三重积分部分采用球坐标系。

第 5 题

Example

设 \(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3\) 均为 3 维列向量,记矩阵

\[ A=(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3),\quad B=(\alpha_1+\alpha_2+\alpha_3,\,\alpha_1+2\alpha_2+4\alpha_3,\,\alpha_1+3\alpha_2+9\alpha_3). \]

如果 \(|A|=1\),那么 \(|B|=\) ?

用过渡矩阵表示后取行列式即可。

第 6 题

Example

从数 \(1,2,3,4\) 中任取一个数,记为 \(X\),再从 \(1,\cdots,X\) 中任取一个数,记为 \(Y\),则 \(P\{Y=2\}=\) ?

两步完成,考虑全概率公式。

事实上,根据这个背景我们可以做如下推广,并求出其期望和方差:

第 7 题

Example

设函数 \(f(x)=\displaystyle\lim_{n\to\infty}\sqrt[n]{1+|x|^{3n}}\),则 \(f(x)\) 在 \((-\infty,+\infty)\) 内 ?

(A) 处处可导 .

(B) 恰有一个不可导点 .

(C) 恰有两个不可导点 .

(D) 至少有三个不可导点 .

根据 \(n\) 次方根极限相关结论可知需要分两类讨论,画出 \(f(x)\) 图像即可判断出不可导点的数量。

第 8 题

Example

设 \(F(x)\) 是连续函数 \(f(x)\) 的一个原函数,“\(M\iff N\)” 表示“\(M\) 的充分必要条件是 \(N\)”,则必有 ?

(A) \(F(x)\) 是偶函数 \(\iff f(x)\) 是奇函数 .

(B) \(F(x)\) 是奇函数 \(\iff f(x)\) 是偶函数 .

(C) \(F(x)\) 是周期函数 \(\iff f(x)\) 是周期函数 .

(D) \(F(x)\) 是单调函数 \(\iff f(x)\) 是单调函数 .

和 1999 年数一第 6 题考察的是一个知识点,这里不再赘述。

第 9 题

Example

设函数 \(u(x,y) = \displaystyle \varphi(x+y) + \varphi(x-y) + \int_{x-y}^{x+y} \psi(t)\mathrm{d}t\),其中函数 \(\varphi\) 具有二阶导数,\(\psi\) 具有一阶导数,则必有 ?

(A) \(\dfrac{\partial^2 u}{\partial x^2} = -\dfrac{\partial^2 u}{\partial y^2}\).

(B) \(\dfrac{\partial^2 u}{\partial x^2} = \dfrac{\partial^2 u}{\partial y^2}\).

(C) \(\dfrac{\partial^2 u}{\partial x\partial y} = \dfrac{\partial^2 u}{\partial y^2}\).

(D) \(\dfrac{\partial^2 u}{\partial x\partial y} = \dfrac{\partial^2 u}{\partial x^2}\).

简单计算题,选 B。

第 10 题

Example

设有三元方程 \(\displaystyle xy - z\ln y + \mathrm{e}^{xz} = 1\),根据隐函数存在定理,存在点 \((0,1,1)\) 的一个邻域,在此邻域内该方程 ?

(A) 只能确定一个具有连续偏导数的隐函数 \(z = z(x,y)\).

(B) 可确定两个具有连续偏导数的隐函数 \(y = y(x,z)\) 和 \(z = z(x,y)\).

(C) 可确定两个具有连续偏导数的隐函数 \(x = x(y,z)\) 和 \(z = z(x,y)\).

(D) 可确定两个具有连续偏导数的隐函数 \(x = x(y,z)\) 和 \(y = y(x,z)\).

数一首次考察隐函数存在定理,我们先来复习一下定理内容:

设函数 \(F(x,y,z)\) 在 \(P(x_{0},y_{0},z_{0})\) 的某一邻域内具有连续偏导数且 \(F(x_{0},y_{0},z_{0})=0\),\(F_{z}'(x_{0},y_{0},z_{0})\neq 0\),则方程 \(F(x,y,z)=0\) 在点 \(P\) 的某邻域内恒能确定一个连续且具有连续偏导数的函数 \(z=f(x,y)\),它满足条件 \(z_{0}=f(x_{0},y_{0})\).

于是本题只需要判断在点 \((0,1,1)\) 处哪些偏导不为零即可,选 D。

第 11 题

Example

设 \(\lambda_1,\lambda_2\) 是矩阵 \(A\) 的两个不同的特征值,对应的特征向量分别为 \(\alpha_1,\alpha_2\),则 \(\alpha_1,A(\alpha_1+\alpha_2)\) 线性无关的充分必要条件是 ?

(A) \(\lambda_1 \neq 0\).

(B) \(\lambda_2 \neq 0\).

(C) \(\lambda_1 = 0\).

(D) \(\lambda_2 = 0\).

对于相关无关类型的题目,我们一般都有两种处理角度,一种是根据定义;另一种是考虑秩。

对于本题,第一种方法从定义出发,结合特征值的定义即可得到结论,过程稍显繁琐。

第二种做法,将两个向量拼成矩阵,分块后运用保秩公式即可。

保秩公式有两种推导方法,第一种是考虑同解方程;另一种是直接根据 Sylvester 不等式推出。由于后者比较简单,所以我之前讲的时候就用的是 Sylvester 不等式进行推导的,具体过程见:矩阵秩大总结

第 12 题

Example

设 \(A\) 为 \(n\ (n\geqslant 2)\) 阶可逆矩阵,交换 \(A\) 的第 \(1\) 行与第 \(2\) 行得矩阵 \(B\),\(A^*,B^*\) 分别为 \(A,B\) 的伴随矩阵,则 ?

(A) 交换 \(A^*\) 的第 \(1\) 列与第 \(2\) 列得 \(B^*\).

(B) 交换 \(A^*\) 的第 \(1\) 行与第 \(2\) 行得 \(B^*\).

(C) 交换 \(A^*\) 的第 \(1\) 列与第 \(2\) 列得 \(-B^*\).

(D) 交换 \(A^*\) 的第 \(1\) 行与第 \(2\) 行得 \(-B^*\).

考察第一类初等矩阵的相关性质,关于三类初等矩阵的行列式和逆的相关结论我在 1997 年第 20 题详细讲解过,这里不再展开,选 C。

第 13 题

Example

设二维随机变量 \((X,Y)\) 的概率分布如下表。已知随机事件 \(\{X=0\}\) 与 \(\{X+Y=1\}\) 相互独立,则 ?

(A) \(a=0.2,\,b=0.3\).

(B) \(a=0.4,\,b=0.1\).

(C) \(a=0.3,\,b=0.2\).

(D) \(a=0.1,\,b=0.4\).

题目信息比较多,首先根据表格中所有数字之和为 1 可以列出第一个等式;再根据题目给的独立列出第二个等式,联立求解即可,选 B。

第 14 题

Example

设 \(X_1,X_2,\cdots,X_n\ (n\geqslant 2)\) 为来自总体 \(N(0,1)\) 的简单随机样本,\(\overline{X}\) 为样本均值,\(S^2\) 为样本方差,则 ?

(A) \(n\overline{X} \sim N(0,1)\).

(B) \(nS^2 \sim \chi^2(n)\).

(C) \(\dfrac{(n-1)\overline{X}}{S} \sim t(n-1)\).

(D) \(\dfrac{(n-1)X_1^2}{\displaystyle\sum_{i=2}^n X_i^2} \sim F(1,n-1)\).

结论题,这部分内容千万不要死记硬背,很容易记混。自己全都推导一遍才是正解。答案是 D。四个选项依次分析如下:

第 15 题

Example

设 \(D=\{(x,y)\mid x^2+y^2\leqslant \sqrt{2},\ x\geqslant 0,\ y\geqslant 0\}\),\([1+x^2+y^2]\) 表示不超过 \(1+x^2+y^2\) 的最大整数,计算二重积分

\[ \iint_D xy\left[1+x^2+y^2\right]\mathrm{d}x\mathrm{d}y. \]

数一首次,也是目前唯一一次考察取整函数,分区间积分即可。

本题取整函数考察的很简单,想要拓展的朋友可以参考我之前讲的取整函数专题系列文章:取整函数 1

第 16 题

Example

求幂级数 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty} (-1)^{n-1}\left[1+\dfrac{1}{n(2n-1)}\right]x^{2n}\) 的收敛区间与和函数 \(f(x)\).

收敛域直接根式判别就行,没啥说的。下面来看和函数,首先注意到可以裂项:

\[ \frac{1}{n(2n-1)}=2\left( \frac{1}{2n-1}-\frac{1}{2n} \right) \]

那么分别对每一项套用相应的泰勒级数即可,没有难度。

第 17 题

Example

如图,曲线 \(C\) 的方程为 \(y=f(x)\),点 \((3,2)\) 是它的一个拐点,直线 \(l_1\) 与 \(l_2\) 分别是曲线 \(C\) 在点 \((0,0)\) 与 \((3,2)\) 处的切线,其交点为 \((2,4)\)。设函数 \(f(x)\) 具有三阶连续导数,计算定积分

\[ \int_{0}^{3} \left(x^2+x\right)f'''(x)\mathrm{d}x. \]

导函数的阶数这么高,很明显需要分部积分把阶数一点点降下来,需要的数据直接从图里面找即可。

第 18 题

Example

已知函数 \(f(x)\) 在 \([0,1]\) 上连续,在 \((0,1)\) 内可导,且 \(f(0)=0,\ f(1)=1\)。证明:

(1) 存在 \(\xi\in(0,1)\),使得 \(f(\xi)=1-\xi\);

(2) 存在两个不同的点 \(\eta,\zeta\in(0,1)\),使得 \(f'(\eta)f'(\zeta)=1\)。

第一问,零点定理。

第二问,由于题目强调是“不同”的两点,因此属于双中值问题,分区间拉格朗日即可。

第 19 题

Example

设函数 \(\varphi(y)\) 具有连续导数,在围绕原点的任意分段光滑简单闭曲线 \(L\) 上,曲线积分

\[ \oint_L \frac{\varphi(y)\mathrm{d}x+2xy\mathrm{d}y}{2x^2+y^4} \]

的值恒为同一常数。

(1) 证明:对右半平面 \(x>0\) 内的任意分段光滑简单闭曲线 \(C\),有

\[ \oint_C \frac{\varphi(y)\mathrm{d}x+2xy\mathrm{d}y}{2x^2+y^4}=0 \]

(2) 求函数 \(\varphi(y)\) 的表达式。

第一问,我很喜欢这一问,是对问题本质的考察。考虑积分与路径无关这一结论在课本上的证明方式即可。

第二问,根据第一问的结果可知满足恰当条件,列出等式化简积分即可。

第 20 题

Example

已知二次型 \(f(x_1,x_2,x_3)=(1-a)x_1^2+(1-a)x_2^2+2x_3^2+2(1+a)x_1x_2\) 的秩为 \(2\)。

(1) 求 \(a\) 的值;

(2) 求正交变换 \(\boldsymbol{x}=\boldsymbol{Q}\boldsymbol{y}\),把 \(f(x_1,x_2,x_3)\) 化成标准形;

(3) 求方程 \(f(x_1,x_2,x_3)=0\) 的解。

第一问,根据不满秩推出行列式为 0,即可求解。

第二问,套路题,这类题的做题流程我在 1990 年第 18 题详细讲解过,忘记的朋友可以回顾一下。

第三问,由于第二问刚求过标准型,所以我们根据标准型求出通解再变换回去即可。

Tip

当然,如果没有这个第二问“干扰”,直接观察 \(f\) 的表达式也可以直接得出结论:

\[ \begin{aligned} f &= x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+2x_{3}^{2}+2x_{1}x_{2}\\ &= (x_{1}+x_{2})^{2}+2x_{3}^{2} \end{aligned} \]

所以根据 \(f=0\) 即可一步得到通解为 \(k(-1,1,0)^{T}\).

第 21 题

Example

已知 \(3\) 阶矩阵 \(\boldsymbol{A}\) 的第一行是 \((a,b,c)\),\(a,b,c\) 不全为零,矩阵

\[ \boldsymbol{B}=\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 3 & 6 & k \end{pmatrix} \]

(\(k\) 为常数 ),且 \(\boldsymbol{AB}=\boldsymbol{O}\),求线性方程组 \(\boldsymbol{A}\boldsymbol{x}=\boldsymbol{0}\) 的通解。

根据 \(AB=O\) 推出 \(r(A)+r(B)\leqslant n=3\),从而自然而然地分为两种情况:第一种情况,\(k\neq 9\),则 \(r(A)=1\),根据解空间维度公式可知只需要找到两个线性无关的解向量即可;第二种情况,\(k=9\),那么 \(r(A)\) 可能是 1 有可能是 2,于是再分两类讨论即可。

注意 \(k=9,r(A)=1\) 这种情况的答案不唯一,因为我们已经有 \(\xi_{1}=(1,2,3)^{T}\) 这个解向量,所以只需要再找一个满足 \(ax_{1}+bx_{2}+cx_{3}=0\) 且和它线性无关的解向量 \(\xi_{2}\) 即可,考虑将 \(ax_{1}+bx_{2}+cx_{3}=0\) 视作平面,那么法向量就是 \((a,b,c)\),所以可以取 \((a,b,c)\) 和 \((1,2,3)\) 的叉乘,得到 \(\xi_{2}=(3b-2c,c-3a,2a-b)^{T}\),可以验证其确实在平面内部并且和 \(\xi_{1}\) 线性无关。

第 22 题

Example

设二维随机变量 \((X,Y)\) 的概率密度为

\[ f(x,y)= \begin{cases} 1, & 0 < x < 1,\ 0<y<2x,\\ 0, & \text{其他}. \end{cases} \]

求:

(1) \((X,Y)\) 的边缘概率密度 \(f_X(x),\ f_Y(y)\);

(2) \(Z=2X-Y\) 的概率密度 \(f_Z(z)\)。

第一问直接按定义求解即可。

第二问和 1987 年数一最后一题类似,具体技巧不再赘述,忘记的朋友可以回顾一下。

第一种方法是采用分布函数法:

第二种是利用(卷积)公式法进行求解:

第 23 题

Example

设 \(X_1,X_2,\cdots,X_n\ (n>2)\) 为来自总体 \(N(0,1)\) 的简单随机样本,\(\overline{X}\) 为样本均值,记 \(Y_i=X_i-\overline{X},\ i=1,2,\cdots,n\)。

求:

(1) \(Y_i\) 的方差 \(D(Y_i),\ i=1,2,\cdots,n\);

(2) \(Y_1\) 与 \(Y_n\) 的协方差 \(\mathrm{Cov}(Y_1,Y_n)\)。

和 2004 年数一第 14 题考察的考点一样,此处不再展开。

以上就是对于 2005 年数一真题的全部解答,第 19 题很有练习价值,21 题对分类讨论能力进行考察;除此之外,第 10 题首次考察隐函数存在定理。其他题目中规中矩,值得练习。

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