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2007 年

第 1 题

Example

当 \(x \to 0^+\) 时 , 与 \(\sqrt{x}\) 等价的无穷小量是 ?

(A) \(\displaystyle 1-\mathrm{e}^{\sqrt{x}}\).

(B) \(\displaystyle \ln \dfrac{1+x}{1-\sqrt{x}}\).

(C) \(\displaystyle \sqrt{1+\sqrt{x}}-1\).

(D) \(\displaystyle 1-\cos\sqrt{x}\).

基础等价无穷小,选 B。

第 2 题

Example

曲线 \(y=\dfrac{1}{x}+\ln(1+\mathrm{e}^x)\) 渐近线的条数为 ?

(A) \(0\).

(B) \(1\).

(C) \(2\).

(D) \(3\).

考察分母为 0 的点,以及正负无穷,其中正无穷可以考虑用泰勒,求出来的是一条斜渐进线,选 D。

第 3 题

Example

如图 , 连续函数 \(y=f(x)\) 在区间 \([-3,-2],\,[2,3]\) 上的图形分别是直径为 \(1\) 的上、下半圆周 , 在区间 \([-2,0],\,[0,2]\) 上的图形分别是直径为 \(2\) 的下、上半圆周 . 设 \(F(x)=\displaystyle\int_0^x f(t)\mathrm{d}t\), 则下列结论正确的是 ?

(A) \(F(3)=-\dfrac{3}{4}F(-2)\).

(B) \(F(3)=\dfrac{5}{4}F(2)\).

(C) \(F(-3)=\dfrac{3}{4}F(2)\).

(D) \(F(-3)=-\dfrac{5}{4}F(-2)\).

根据 \(f(x)\) 是奇函数可以知道 \(F(x)\) 是偶函数,剩下就顺水推舟了,选 D。

第 4 题

Example

设函数 \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处连续 , 下列命题错误的是 ?

(A) 若 \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{x}\) 存在 , 则 \(f(0)=0\).

(B) 若 \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)+f(-x)}{x}\) 存在 , 则 \(f(0)=0\).

(C) 若 \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{x}\) 存在 , 则 \(f'(0)\) 存在 .

(D) 若 \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)-f(-x)}{x}\) 存在 , 则 \(f'(0)\) 存在 .

基础概念题,D 其实错得很明显。

第 5 题

Example

设函数 \(f(x)\) 在 \((0,+\infty)\) 上具有二阶导数 , 且 \(f''(x)>0\), 令 \(u_n=f(n)\ (n=1,2,\cdots)\), 则下列结论正确的是 ?

(A) 若 \(u_1>u_2\), 则 \(\{u_n\}\) 必收敛 .

(B) 若 \(u_1>u_2\), 则 \(\{u_n\}\) 必发散 .

(C) 若 \(u_1<u_2\), 则 \(\{u_n\}\) 必收敛 .

(D) 若 \(u_1<u_2\), 则 \(\{u_n\}\) 必发散 .

答案选 D。选项 ABC 的反例依次举 \(x^{2}\),\(\frac{1}{x}\),\(-\ln x\) 即可。根据条件 \(f''(x)>0\) 得到函数下凸,通过画图很好得到反例。至于 D 选项,考虑拉格朗日中值定理证明,过程如图:

第 6 题

Example

设曲线 \(L:f(x,y)=1\) (\(f(x,y)\) 具有一阶连续偏导数 ) 过第 \(II\) 象限内的点 \(M\) 和第 \(IV\) 象限内的点 \(N\), \(\Gamma\) 为 \(L\) 上从点 \(M\) 到点 \(N\) 的一段弧 , 则下列积分小于零的是 ?

(A) \(\displaystyle\int_\Gamma f(x,y)\mathrm{d}x\).

(B) \(\displaystyle\int_\Gamma f(x,y)\mathrm{d}y\).

(C) \(\displaystyle\int_\Gamma f(x,y)\mathrm{d}s\).

(D) \(\displaystyle\int_\Gamma f_x'(x,y)\mathrm{d}x+f_y'(x,y)\mathrm{d}y\).

定义题,选 B。

第 7 题

Example

设向量组 \(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3\) 线性无关 , 则下列向量组线性相关的是 ?

(A) \(\alpha_1-\alpha_2,\,\alpha_2-\alpha_3,\,\alpha_3-\alpha_1\).

(B) \(\alpha_1+\alpha_2,\,\alpha_2+\alpha_3,\,\alpha_3+\alpha_1\).

(C) \(\alpha_1-2\alpha_2,\,\alpha_2-2\alpha_3,\,\alpha_3-2\alpha_1\).

(D) \(\alpha_1+2\alpha_2,\,\alpha_2+2\alpha_3,\,\alpha_3+2\alpha_1\).

选 A。A 选项直接相加就是 0,所以线性相关;剩下三个选项用保秩公式即可。

本题再次充分体现了这种相关无关类型题目的两种思考角度,即定义和秩的角度。

第 8 题

Example

设矩阵\(A=\begin{pmatrix} 2 & -1 & -1\\ -1 & 2 & -1\\ -1 & -1 & 2 \end{pmatrix},\ B=\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}\) , 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) 既不合同 , 也不相似 .

选 B。首先注意到 \(A\) 和 \(B\) 都是实对称矩阵,但是迹不相等,因此不相似;但是正负惯性指数都一样,所以合同。

第 9 题

Example

某人向同一目标独立重复射击 , 每次射击命中目标的概率为 \(p\ (0<p<1)\), 则此人第 \(4\) 次射击恰好第 \(2\) 次命中目标的概率为 ?

(A) \(3p(1-p)^2\).

(B) \(6p(1-p)^2\).

(C) \(3p^2(1-p)^2\).

(D) \(6p^2(1-p)^2\).

古典概型,选 C。

第 10 题

Example

设随机变量 \((X,Y)\) 服从二维正态分布 , 且 \(X\) 与 \(Y\) 不相关 , \(f_X(x),f_Y(y)\) 分别表示 \(x,y\) 的概率密度 , 则在 \(Y=y\) 的条件下 , \(X\) 的条件概率密度 \(f_{X|Y}(x\mid y)\) 为 ?

(A) \(f_X(x)\).

(B) \(f_Y(y)\).

(C) \(f_X(x)f_Y(y)\).

(D) \(\dfrac{f_X(x)}{f_Y(y)}\).

选 A。条件概率密度,结合二维正态分布满足“不相关 \(\iff\) 相互独立”即可。

第 11 题

Example

\(\displaystyle\int_{1}^{2}\frac{1}{x^3}\mathrm{e}^{\frac{1}{x}}\mathrm{d}x=\) ?

凑微分,分部积分。

第 12 题

Example

设 \(f(u,v)\) 为二元可微函数 , \(z=f(x^y,y^x)\), 则 \(\dfrac{\partial z}{\partial x}=\) ?

简单计算题。

第 13 题

Example

二阶常系数非齐次线性微分方程 \(y''-4y'+3y=2\mathrm{e}^{2x}\) 的通解为 \(y=\) ?

基础题。

第 14 题

Example

设曲面 \(\Sigma:|x|+|y|+|z|=1\), 则 \(\displaystyle\operatorname{\subset\!\!\!\!\!\!\!\iint\!\!\!\!\!\!\!\supset}\limits_{\Sigma}(x+|y|)\mathrm{d}S=\) ?

题目所给曲面关于各个坐标面都对称(事实上,\(\Sigma\) 是一个正八面体),因此根据对称性可以化简;后续使用轮换对称性代入曲面方程即可。

第 15 题

Example

设矩阵\(A=\begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 1\\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}\) , 则 \(A^3\) 的秩为 ?

直接算就行。当然如果知道这个矩阵是上位移 \(\mathrm{Jordan}\) 块可以秒。

第 16 题

Example

在区间 \((0,1)\) 中随机地取两个数 , 则这两个数之差的绝对值小于 \(\dfrac{1}{2}\) 的概率为 ?

画图求面积。

拓展

在闭区间 \([0,1]\) 中期望抽取多少个数,它们的和才会大于 \(1\)?

Answer

设每次在 \([0, 1]\) 内随机抽取的数分别为 \(X_1, X_2, \dots, X_k, \dots\),它们独立且服从均匀分布。设 \(N\) 为使得这些数的和第一次大于 \(1\) 时所需要的抽取次数。即:

\[ N = \min \left\{ n \geqslant 1 : \sum_{i=1}^{n} X_i > 1 \right\} \]

显然,\(N\) 是一个取非负整数值的随机变量(最小取值为 \(2\)),我们可以直接应用尾和公式。

事件 \(\{N > k\}\) 的实际意义是:前 \(k\) 次抽取的数字之和依然没有超过 \(1\)。即:

\[ \sum_{i=1}^{k} X_i \leqslant 1 \]

由于每个 \(X_i \in [0, 1]\),这个不等式在 \(k\) 维空间中定义了一个标准的单纯形。

  • 当 \(k=1\) 时:\(X_1 \leqslant 1\),这是长度为 \(1\) 的线段,概率(长度)为 \(1\)。
  • 当 \(k=2\) 时:\(X_1 + X_2 \leqslant 1\),这是一个直角三角形,概率(面积)为 \(\dfrac{1}{2}\)。
  • 当 \(k=3\) 时:\(X_1 + X_2 + X_3 \leqslant 1\),这是一个三棱锥,概率(体积)为 \(\dfrac{1}{6}=\dfrac{1}{3!}\)。

由多重积分可以得出,在 \(k\) 维单位超立方体 \([0, 1]^k\) 中,满足 \(x_1 + x_2 + \dots + x_k \leqslant 1\) 的区域体积为:

\[ P(N > k) = P\left( \sum_{i=1}^{k} X_i \leqslant 1 \right) = \frac{1}{k!} \]

将得到的尾概率代入尾和公式:

\[ \begin{aligned} E[N] &= \sum_{k=0}^{\infty} P(N > k) \\ &= \sum_{k=0}^{\infty} \frac{1}{k!}\\[0.2pt] &= \mathrm{e} \end{aligned} \]

因此,期望需要抽取 \(e\) 个数(约 \(2.718\) 个),它们的和才会大于 \(1\)。

第 17 题

Example

求函数 \(f(x,y)=x^2+2y^2-x^2y^2\) 在区域 \(D=\{(x,y)\mid x^2+y^2\leqslant 4,\ y\geqslant 0\}\) 上的最大值和最小值 .

先求区域内部的驻点,然后再看两个边界上的最值。

第 18 题

Example

计算曲面积分 \(I=\displaystyle\iint_\Sigma xz\,\mathrm{d}y\mathrm{d}z+2zy\,\mathrm{d}z\mathrm{d}x+3xy\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y\), 其中 \(\Sigma\) 为曲面 \(z=1-x^2-\dfrac{y^2}{4}\ (0\leqslant z\leqslant 1)\) 的上侧 .

补面 + 高斯公式,其中三重积分使用截面法进行计算最为简洁。

第 19 题

Example

设函数 \(f(x),g(x)\) 在 \([a,b]\) 上连续 , 在 \((a,b)\) 内具有二阶导数且存在相等的最大值 , \(f(a)=g(a),f(b)=g(b)\), 证明 : 存在 \(\xi\in(a,b)\), 使得 \(f''(\xi)=g''(\xi)\).

掉到坑里没?需要注意题目并没有告诉最值是不是在同一个点处取得的,所以需要分类讨论。

第 20 题

Example

设幂级数 \(\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}a_nx^n\) 在 \((-\infty,+\infty)\) 内收敛 , 其和函数 \(y(x)\) 满足

\[ y''-2xy'-4y=0,\quad y(0)=0,\quad y'(0)=1. \]

(1) 证明 \(a_{n+2}=\dfrac{2}{n+1}a_n,\ n=1,2,\cdots\);

(2) 求 \(y(x)\) 的表达式 .

江苏省第 26 届高等数学竞赛第六大题出处。

第一问就正常求导找出关系式即可,注意在合并的时候需要统一求和的下标。

第二问,根据第一问的隔项递推公式分奇偶讨论即可求出通项,然后套泰勒级数即可。

第 21 题

Example

设线性方程组

\[ \begin{cases} x_1+x_2+x_3=0\\ x_1+2x_2+ax_3=0\\ x_1+4x_2+a^2x_3=0 \end{cases}\tag{1} \]

与方程

\[ x_1+2x_2+x_3=a-1\tag{2} \]

有公共解 , 求 \(a\) 的值及所有公共解 .

公共解,所以所有方程都满足。于是联立后将增广矩阵化为行阶梯型即可。

第 22 题

Example

设 3 阶实对称矩阵 \(A\) 的特征值 \(\lambda_1=1,\lambda_2=2,\lambda_3=-2\), 且 \(\boldsymbol{\alpha}_1=(1,-1,1)^\mathrm{T}\) 是 \(A\) 的属于 \(\lambda_1\) 的一个特征向量 . 记 \(B=A^5-4A^3+E\), 其中 \(E\) 为 3 阶单位矩阵 .

(1) 验证 \(\boldsymbol{\alpha}_1\) 是矩阵 \(B\) 的特征向量 , 并求 \(B\) 的全部特征值与特征向量 ;

(2) 求矩阵 \(B\).

谱分解数一首次登场!

第一问,根据 \(B=A^{5}-4A^{3}+E\) 可以直接得到所有的特征值;特征向量直接根据实对称阵带来的正交性即可得到。

第二问,先来介绍一下谱分解这个方法:

谱分解

设 \(n\) 阶实对称阵 \(A\) 属于 \(\lambda_{1},\lambda_{2},\dots,\lambda_{n}\) 的单位正交特征向量分别为 \(\xi_{1},\xi_{2},\dots \xi_{n}\),则:

\[ A=\lambda_{1}\xi_{1}\xi_{1}^{T}+\lambda_{2}\xi_{2}\xi_{2}^{T}+\dots+\lambda_{n}\xi_{n}\xi_{n}^{T} \]

证明:令 \(Q=(\xi_{1},\xi_{2},\dots \xi_{n})\),则有 \(Q^{T}AQ=\Lambda\),即:

\[ \begin{aligned} A &= Q\Lambda Q^{T}\\ &= (\xi _1,\xi_ 2,\dots,\xi_n) \begin{pmatrix} \lambda_1 & & \\ & \lambda_2 & \\ & & \ddots & \\ & & & \lambda_n \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \xi_1^T \\ \xi_2^T \\ \vdots \\ \xi_n^T \end{pmatrix}\\ &=\lambda_{1}\xi_{1}\xi_{1}^{T}+\lambda_{2}\xi_{2}\xi_{2}^{T}+\dots+\lambda_{n}\xi_{n}\xi_{n}^{T} \end{aligned} \]

回到本题,因为 \(B\) 的特征值是 \(1,1,-2\),而我们利用谱分解求解时最希望特征值出现 0,因此可以先求出 \(B-E\),之后再加上单位阵就解决了。采用谱分解几乎没有任何计算量,但是需要注意公式使用的特征向量是单位正交的,也就是能用来拼正交矩阵 \(Q\) 的。具体过程如下:

第 23 题

Example

设二维随机变量 \((X,Y)\) 的概率密度为

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

(1) 求 \(P\{X>2Y\}\);

(2) 求 \(Z=X+Y\) 的概率密度 \(f_Z(z)\).

第一问,在哪求概率就在哪求积分。

第二问,仍然是两种方法,分布函数法或者(卷积)公式法,对于本题两种方法计算量差不多,我就只展示公式法的过程了。

第 24 题

Example

设总体 \(X\) 的概率密度为

\[ f(x;\theta)= \begin{cases} \dfrac{1}{2\theta}, & 0 < x < \theta\\[4pt] \dfrac{1}{2(1-\theta)}, & \theta\leqslant x < 1\\[4pt] 0, & \text{其他}, \end{cases} \]

其中参数 \(\theta\ (0<\theta<1)\) 未知 , \(X_1,X_2,\cdots,X_n\) 是来自总体 \(X\) 的简单随机样本 , \(\overline{X}\) 是样本均值 .

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

(2) 判断 \(4\overline{X}^2\) 是否为 \(\theta^2\) 的无偏估计量 , 并说明理由 .

第一问纯套路。

第二问,验证 \(\mathbb{E}(4\overline{X})\) 是否等于 \(\theta^{2}\) 即可。

以上就是对于 2007 年数一真题的全部解答,第 5 题出的很好,对举反例的能力和拉格朗日中值定理的运用都进行了深入考察;第 10 题是数一首次考察条件概率密度;第 20 题是非常好的一道幂级数大题;最后通过第 22 题可以好好掌握一下谱分解的使用方法。综合性比较强的一套真题,值得练习。

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