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2001 年

第 1 题

Example

设 \(y=\mathrm{e}^{x}\left(C_{1}\sin x+C_{2}\cos x\right)\) (\(C_1,C_2\) 为任意常数 ) 为某二阶常系数齐次线性微分方程的通解 , 则该方程为 ?

根据特征方程的根构造出特征方程即可。

第 2 题

Example

设 \(r=\sqrt{x^2+y^2+z^2}\), 则 \(\left.\operatorname{div}(\operatorname{grad}\,r)\right|_{(1,-2,2)}=\) ?

梯度是矢量,散度是标量。

第 3 题

Example

交换二次积分的积分次序 : \(\displaystyle \int_{-1}^{0}\mathrm{d}y\int_{2}^{1-y}f(x,y)\mathrm{d}x=\) ?

注意题目所给积分中 \(x\) 的范围是从右向左的,很坑!

第 4 题

Example

设矩阵 \(A\) 满足 \(A^2+A-4E=O\), 其中 \(E\) 为单位矩阵 , 则 \((A-E)^{-1}=\) ?

凑因子法。

对矩阵求逆方法掌握不全面的朋友可以参考往期文章:逆矩阵最全方法总结

第 5 题

Example

设随机变量 \(X\) 的方差为 \(2\), 则根据切比雪夫不等式有估计 \(P\{|X-E(X)|\geqslant 2\}\leqslant\) ?

套公式即可。

第 6 题

Example

设函数 \(f(x)\) 在定义域内可导 , \(y=f(x)\) 的图形如右图所示 , 则导函数 \(y=f'(x)\) 的图形为 ?

高中题。

第 7 题

Example

设函数 \(f(x,y)\) 在点 \((0,0)\) 附近有定义 , 且 \(f_x'(0,0)=3,\,f_y'(0,0)=1\), 则 ?

(A) \(\mathrm{d}z\big|_{(0,0)}=3\,\mathrm{d}x+\mathrm{d}y\).

(B) 曲面 \(z=f(x,y)\) 在点 \((0,0,f(0,0))\) 的法向量为 \((3,1,1)\).

(C) 曲线 \(\begin{cases} z=f(x,y),\\ y=0 \end{cases}\) 在点 \((0,0,f(0,0))\) 的切向量为 \((1,0,3)\).

(D) 曲线 \(\begin{cases} z=f(x,y),\\ y=0 \end{cases}\) 在点 \((0,0,f(0,0))\) 的切向量为 \((3,0,1)\).

复习 1994 年数一第 7 题的二元函数关系图,可知偏导数存在无法推出可微,因此 A 错误。B 选项套公式即可;C 和 D 是一回事,将曲线表示为 \(x\) 的参数方程后对 \(x\) 求导即可。

第 8 题

Example

设 \(f(0)=0\), 则 \(f(x)\) 在点 \(x=0\) 可导的充要条件为 ?

(A) \(\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{1}{h^2}f(1-\cos h)\) 存在 .

(B) \(\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{1}{h}f\left(1-\mathrm{e}^h\right)\) 存在 .

(C) \(\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{1}{h^2}f(h-\sin h)\) 存在 .

(D) \(\displaystyle \lim_{h\to 0}\frac{1}{h}\big[f(2h)-f(h)\big]\) 存在 .

A、C 选项取 \(f(x)=|x|\) 立马排除;D 选项随便取一个分段函数发现也是错的(双动点定义式可导的条件本来就很严格)。

至于 B 选项,根据定义验证即可。

第 9 题

Example

设

\[ A=\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 & 1\\ 1 & 1 & 1 & 1\\ 1 & 1 & 1 & 1\\ 1 & 1 & 1 & 1 \end{pmatrix},\quad B=\begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}, \]

则 \(A\) 与 \(B\) ?

(A) 合同且相似 .

(B) 合同但不相似 .

(C) 不合同但相似 .

(D) 不合同且不相似 .

实对称矩阵一定可以相似对角化,并且相似必合同。

第 10 题

Example

将一枚硬币重复掷 \(n\) 次 , 以 \(X\) 和 \(Y\) 分别表示正面向上和反面向上的次数 , 则 \(X\) 和 \(Y\) 的相关系数等于 ?

(A) \(-1\)

(B) \(0\)

(C) \(\dfrac{1}{2}\)

(D) \(1\)

高中题,注意相关系数不是斜率,只要满足 \(P\left\{ Y=aX+b \right\}=1\),其中 \(a<0\),则相关系数都是 \(-1\).

第 11 题

Example

求 \(\displaystyle \int \frac{\arctan \mathrm{e}^x}{\mathrm{e}^{2x}}\mathrm{d}x\).

分部积分基础题。

第 12 题

Example

设函数 \(z=f(x,y)\) 在点 \((1,1)\) 处可微 , 且 \(f(1,1)=1,\ \left.\dfrac{\partial f}{\partial x}\right|_{(1,1)}=2,\ \left.\dfrac{\partial f}{\partial y}\right|_{(1,1)}=3\), \(\varphi(x)=f\big(x,f(x,x)\big)\). 求 \(\left.\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\varphi^3(x)\right|_{x=1}\).

很好的一道题,深刻考察对偏导的理解。

第 13 题

Example

设

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{1+x^2}{x}\arctan x, & x\neq 0,\\[4pt] 1, & x=0, \end{cases} \]

试将 \(f(x)\) 展开成 \(x\) 的幂级数 , 并求级数 \(\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{1-4n^2}\) 的和 .

泰勒秒了。

第 14 题

Example

计算 \(\displaystyle I=\oint_L \big(y^2-z^2\big)\mathrm{d}x+\big(2z^2-x^2\big)\mathrm{d}y+\big(3x^2-y^2\big)\mathrm{d}z\), 其中 \(L\) 是平面 \(x+y+z=2\) 与柱面 \(|x|+|y|=1\) 的交线 , 从 \(z\) 轴正向看去 , \(L\) 为逆时针方向 .

斯托克斯公式,转化为第二类曲面积分,注意线面积分都是可以代入曲线方程的。利用投影法定义将第二类曲面积分转换为 \(xOy\) 面的二重积分进行计算即可。注意利用对称性。

第 15 题

Example

设 \(y=f(x)\) 在 \((-1,1)\) 内具有二阶连续导数且 \(f''(x)\neq 0\), 试证 :

(1) 对于 \((-1,1)\) 内的任一 \(x\neq 0\), 存在唯一的 \(\theta(x)\in(0,1)\), 使 \(f(x)=f(0)+x f'\big(\theta(x)x\big)\) 成立 ;

(2) \(\displaystyle \lim_{x\to 0}\theta(x)=\frac{1}{2}\).

数一首次考察中值定理中 \(\theta(x)\) 的极限问题。

第一问使用拉格朗日中值定理即可,注意唯一性的说明。根据二阶导数不变号得到一阶导单调,从而说明唯一性。

第二问处理方法就比较多了,可以先凑出导数的定义,然后洛必达。由于题目已知 \(f(x)\) 是二阶连续可导,因此可以洛到 \(f''(x)\)。

当然我们也可以通过泰勒展开对比系数得到关于 \(f'(\theta(x)x)\) 的表达式,然后再凑导数定义。

第 16 题

Example

设有一高度为 \(h(t)\) (\(t\) 为时间 ) 的雪堆在融化过程中 , 其侧面满足方程 \(z = h(t)-\dfrac{2\left(x^2+y^2\right)}{h(t)}\)( 设长度单位为厘米 , 时间单位为小时 ), 已知体积减少的速率与侧面积成正比 ( 比例系数 \(0.9\)), 问高度为 \(130\) ( 厘米 ) 的雪堆全部融化需多少小时 ?

很好的一道题,当年很多考生应该都对这个题“印象深刻”。

首先根据截面法求出体积;根据投影法定义求出侧面积。根据体积减少速率和侧面积的关系,得到 \(\dfrac{\mathrm{~d} V}{\mathrm{~d} t}=-0.9S\),代入求解微分方程即可。

第 17 题

Example

设 \(\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_s\) 为线性方程组 \(Ax=\boldsymbol{0}\) 的一个基础解系 , \(\beta_1 = t_1\alpha_1+t_2\alpha_2\), \; \(\beta_2 = t_1\alpha_2+t_2\alpha_3,\cdots,\beta_s = t_1\alpha_s+t_2\alpha_1\), 其中 \(t_1,t_2\) 为实常数 . 试问 \(t_1,t_2\) 满足什么关系时 , \(\beta_1,\beta_2,\cdots,\beta_s\) 也为 \(Ax=\boldsymbol{0}\) 的一个基础解系 .

\(t_{1},t_{2}\) 只需要让 \(\beta_{1},\beta_{2},\dots,\beta_{s}\) 线性无关即可满足题意。求出 \(\alpha\) 到 \(\beta\) 的过渡矩阵,使之可逆即可。

第 18 题

Example

已知 \(3\) 阶矩阵 \(A\) 与 \(3\) 维向量 \(\boldsymbol{x}\), 使得向量组 \(\boldsymbol{x},A\boldsymbol{x},A^2\boldsymbol{x}\) 线性无关 , 且满足

\[ A^3\boldsymbol{x}=3A\boldsymbol{x}-2A^2\boldsymbol{x} \]

(1) 记 \(P=(\boldsymbol{x},A\boldsymbol{x},A^2\boldsymbol{x})\), 求 \(3\) 阶矩阵 \(B\), 使 \(A=PBP^{-1}\);

(2) 计算行列式 \(|A+E|\).

第一问,根据 \(A=PBP^{-1}\) 得到 \(AP=PB\),对左式化简并和右式比较即可求出 \(B\).

第二问,将 \(A=PBP^{-1}\) 代入,利用 \(|P|^{-1}=|P^{-1}|\) 化简即可。

第 19 题

Example

设某班车起点站上客人数 \(X\) 服从参数为 \(\lambda\ (\lambda>0)\) 的泊松分布 , 每位乘客在中途下车的概率为 \(p\ (0<p<1)\), 且中途下车与否相互独立 . 以 \(Y\) 表示在中途下车的人数 , 求 :

(1) 在发车时有 \(n\) 个乘客的条件下 , 中途有 \(m\) 人下车的概率 ;

(2) 二维随机变量 \((X,Y)\) 的概率分布 .

第一问为古典概型;第二问根据乘法公式计算即可。

第 20 题

Example

设总体 \(X\) 服从正态分布 \(N(\mu,\sigma^2)\ (\sigma>0)\), 从该总体中抽取简单随机样本 \(X_1,X_2,\cdots,X_{2n}\ (n\geqslant 2)\), 其样本均值为 \(\overline{X}=\dfrac{1}{2n}\sum\limits_{i=1}^{2n}X_i\), 求统计量 \(Y=\sum\limits_{i=1}^{n}\big(X_i+X_{n+i}-2\overline{X}\big)^2\) 的数学期望 \(E(Y)\).

很好的一道题,根据统计量 \(Y\) 的表达式我们尝试将 \(X_{i}\) 和 \(X_{n+i}\) 打包处理,从而构成一个新的容量为 \(n\) 的简单随机样本,求出它的均值为 \(2\overline{X}\);样本方差为 \(\dfrac{Y}{n-1}\)。因为样本方差的均值是总体方差(即样本方差是对总体方差的无偏估计),因此得到:

\[ E\left( \frac{Y}{n-1} \right)=2\sigma^{2} \]

从而求出 \(E(Y)\).

以上就是对于 2001 年数一真题的全部解答,好题比较多,第 15 题考察中值定理中 theta(x) 的极限问题;16 题是很好的一道应用题;20 题对数理统计中概念的考察比较深,包括对无偏估计的理解,基础扎实的话可以很快解决。同时本套题还首次考察切比雪夫不等式,矩阵合同等考点,值得练习。

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