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2020 年

第 1 题

Example

当 \(x\to 0^+\) 时 , 下列无穷小量中最高阶的是 ?

(A) \(\displaystyle\int_{0}^{x} \left(\mathrm{e}^{t^2}-1\right)\mathrm{d}t\)

(B) \(\displaystyle\int_{0}^{x} \ln\left(1+\sqrt{t^3}\right)\mathrm{d}t\)

(C) \(\displaystyle\int_{0}^{\sin x} \sin\left(t^2\right)\mathrm{d}t\)

(D) \(\displaystyle\int_{0}^{1-\cos x} \sqrt{\sin^3 t}\,\mathrm{d}t\)

选 D。考察变限积分的等价,相关 3 条结论在 1993 年数一第 6 题都讲过,这里不再赘述。

第 2 题

Example

设函数 \(f(x)\) 在区间 \((-1,1)\) 内有定义 , 且 \(\displaystyle\lim_{x\to 0} f(x)=0\), 则 ?

(A) 当 \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{\sqrt{|x|}}=0\) 时 , \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处可导

(B) 当 \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{x^2}=0\) 时 , \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处可导

(C) 当 \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处可导时 , \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{\sqrt{|x|}}=0\)

(D) 当 \(f(x)\) 在 \(x=0\) 处可导时 , \(\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{x^2}=0\)

选 C,思路和 2012 年数一第 3 题一致,其余选项反例都很好想。

第 3 题

Example

设函数 \(f(x,y)\) 在点 \((0,0)\) 处可微 , \(f(0,0)=0\), \(\boldsymbol{n}=\left.\left(\dfrac{\partial f}{\partial x},\dfrac{\partial f}{\partial y},-1\right)\right|_{(0,0)}\), 非零向量 \(\boldsymbol{\alpha}\) 与 \(\boldsymbol{n}\) 垂直 , 则 ?

(A) \(\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)}\dfrac{|\boldsymbol{n}\cdot(x,y,f(x,y))|}{\sqrt{x^2+y^2}}\) 存在

(B) \(\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)}\dfrac{|\boldsymbol{n}\times(x,y,f(x,y))|}{\sqrt{x^2+y^2}}\) 存在

(C) \(\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)}\dfrac{|\boldsymbol{\alpha}\cdot(x,y,f(x,y))|}{\sqrt{x^2+y^2}}\) 存在

(D) \(\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)}\dfrac{|\boldsymbol{\alpha}\times(x,y,f(x,y))|}{\sqrt{x^2+y^2}}\) 存在

根据可微 \(\Delta z=f(x,y)-f(0,0)=f_{x}'x+f_{y}'y+o(\rho^{2})\) 得到一个 \(\vec{n}\) 的点乘式子,从而得到答案选 A。

第 4 题

Example

设 \(R\) 为幂级数 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty} a_n x^n\) 的收敛半径 , \(r\) 是实数 , 则 ?

(A) 当 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty} a_{2n} r^{2n}\) 发散时 , \(|r|\geqslant R\)

(B) 当 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty} a_{2n} r^{2n}\) 收敛时 , \(|r|\leqslant R\)

(C) 当 \(|r|\geqslant R\) 时 , \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty} a_{2n} r^{2n}\) 发散

(D) 当 \(|r|\leqslant R\) 时 , \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty} a_{2n} r^{2n}\) 收敛

考察 Abel 引理,显然选 A。其余三个选项反例如下:

第 5 题

Example

若矩阵 \(A\) 经过初等列变换化成 \(B\), 则 ?

(A) 存在矩阵 \(P\), 使得 \(PA=B\)

(B) 存在矩阵 \(P\), 使得 \(BP=A\)

(C) 存在矩阵 \(P\), 使得 \(PB=A\)

(D) 方程组 \(AX=0\) 与 \(BX=0\) 同解

考察初等矩阵,选 B。本题如果条件改成“行变换”,则 D 选项就是正确的。

第 6 题

Example

已知直线 \(L_1:\dfrac{x-a_2}{a_1}=\dfrac{y-b_2}{b_1}=\dfrac{z-c_2}{c_1}\) 与直线 \(L_2:\dfrac{x-a_3}{a_2}=\dfrac{y-b_3}{b_2}=\dfrac{z-c_3}{c_2}\) 相交于一点 , 记向量 \(\boldsymbol{\alpha}_i=\begin{pmatrix}a_i\\b_i\\c_i\end{pmatrix},\,i=1,2,3\), 则 ?

(A) \(\boldsymbol{\alpha}_1\) 可由 \(\boldsymbol{\alpha}_2,\boldsymbol{\alpha}_3\) 线性表示

(B) \(\boldsymbol{\alpha}_2\) 可由 \(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_3\) 线性表示

(C) \(\boldsymbol{\alpha}_3\) 可由 \(\boldsymbol{\alpha}_1,\boldsymbol{\alpha}_2\) 线性表示

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

选 C。将直线方程参数化即可。

第 7 题

Example

设 \(A,B,C\) 为三个随机事件 , 且 \(P(A)=P(B)=P(C)=\dfrac{1}{4},\,P(AB)=0,\,P(AC)=P(BC)=\dfrac{1}{12}\), 则 \(A,B,C\) 中恰有一个事件发生的概率为 ?

(A) \(\dfrac{3}{4}\)

(B) \(\dfrac{2}{3}\)

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

(D) \(\dfrac{5}{12}\)

基础题,根据题意列式计算即可,选 D。

第 8 题

Example

设 \(X_1,X_2,\cdots,X_{100}\) 为来自总体 \(X\) 的简单随机样本 , 其中 \(P\{X=0\}=P\{X=1\}=\dfrac{1}{2}\), \(\Phi(x)\) 表示标准正态分布函数 , 利用中心极限定理可得 \(\displaystyle P\left\{\sum_{i=1}^{100} X_i \leqslant 55\right\}\) 的近似值为 ?

(A) \(1-\Phi(1)\)

(B) \(\Phi(1)\)

(C) \(1-\Phi(0.2)\)

(D) \(\Phi(0.2)\)

首次考察中心极限定理,得到和式服从正态分布后标准化即可,答案选 B。

第 9 题

Example

\(\displaystyle\lim_{x\to 0}\left[\frac{1}{\mathrm{e}^x-1}-\frac{1}{\ln(1+x)}\right]=\) ?

通分后泰勒。

第 10 题

Example

设\(\begin{cases} x=\sqrt{t^2+1},\\ y=\ln\big(t+\sqrt{t^2+1}\big), \end{cases} \quad\text{则}\quad \displaystyle\left.\frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}x^2}\right|_{t=1}=\) ?

参数方程求导。

第 11 题

Example

设函数 \(f(x)\) 满足 \(f''(x)+af'(x)+f(x)\equiv 0\ (a>0)\),且 \(f(0)=m,\ f'(0)=n\),则 \(\displaystyle\int_{0}^{+\infty}f(x)\mathrm{d}x=\) ?

和 2016 年数一第 16 题第二问完全一致,都是利用微分方程带来的等式化简反常积分,不再赘述。唯一需要注意的是本题 \(a\) 的范围很粗糙,三种通解形式都是有可能存在的,但是无论是哪一种情况,两根的实部都是小于 \(0\) 的,因此 \(\mathrm{e}\) 的负数指数幂就带来了 \(+\infty\) 处的函数值和导数值都是 \(0\),因此三种情况没有区别。

第 12 题

Example

设函数 \(f(x,y)=\displaystyle\int_{0}^{xy}\mathrm{e}^{xt^2}\mathrm{d}t\),则 \(\displaystyle\left.\frac{\partial^2 f}{\partial x\partial y}\right|_{(1,1)}=\) ?

显然先对 \(y\) 求导计算量更小。

第 13 题

Example

行列式\(\begin{vmatrix} a & 0 & -1 & 1\\ 0 & a & 1 & -1\\ -1 & 1 & a & 0\\ 1 & -1 & 0 & a \end{vmatrix}=?\)

才四阶,怎么算都能算出来,这里我就直接使用高代中的一个经典结论解决了。

Tip

下面简单证明一下这个结论:首先将分块矩阵的第二行加到第一行上,再将第二列减去第一列,得到:

\[ \begin{pmatrix} A & B \\ B & A \end{pmatrix}\to \begin{pmatrix} A+B & A+B \\ B & A \end{pmatrix} \to \begin{pmatrix} A+B & O \\ B & A-B \end{pmatrix} \]

由于第三类分块初等变换不改变行列式的值,因此得到结论:

\[ \begin{vmatrix} A & B \\ B & A \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} A+B & O \\ B & A-B \end{vmatrix}=|A+B|\cdot |A-B| \]

第 14 题

Example

设 \(X\) 服从区间 \(\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)\) 上的均匀分布,\(Y=\sin X\),则 \(\mathrm{Cov}(X,Y)=\) ?

根据定义计算即可。

第 15 题

Example

求函数 \(f(x,y)=x^3+8y^3-xy\) 的极值 .

基础题。

第 16 题

Example

计算曲线积分

\[ I=\oint_L \frac{4x-y}{4x^2+y^2}\mathrm{d}x+\frac{x+y}{4x^2+y^2}\mathrm{d}y, \]

其中 \(L\) 是 \(x^2+y^2=2\),方向为逆时针方向 .

挖洞法。

第 17 题

Example

设数列 \(\{a_n\}\) 满足:\(a_1=1,\ (n+1)a_{n+1}=\left(n+\dfrac{1}{2}\right)a_n\),证明:当 \(|x|<1\) 时,幂级数 \(\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}a_n x^n\) 收敛,并求其和函数 .

非常好的一道题。注意要求的和函数是从 \(n=1\) 开始的!

首先介绍常规做法,由于给出了递推式,所以我们的目标肯定是找到和函数之间的某种递推关系,显然考虑对和函数求导,这种思想我之前详细讲解过,没接触过的同学请移步至下面这篇文章:幂级数还能这样求和 ???

得到关于和函数的微分方程后求解即可。

下面介绍第二种方法,由于给了递推式,因此我们可以强行将 \(a_{n}\) 的通项求出来,发现和广义二项式系数有关(不知道广义二项式系数的评价为泰勒不熟练),结合泰勒即可快速求出和函数。

第 18 题

Example

设 \(\Sigma\) 为曲面 \(z=\sqrt{x^2+y^2}\ (1\leqslant x^2+y^2\leqslant 4)\) 的下侧,\(f(x)\) 是连续函数,计算

\[ I=\iint_{\Sigma} \big[xf(xy)+2x-y\big]\mathrm{d}y\mathrm{d}z +\big[yf(xy)+2y+x\big]\mathrm{d}z\mathrm{d}x +\big[zf(xy)+z\big]\mathrm{d}x\mathrm{d}y. \]

有没有上来直接用高斯公式的同学?题目没有说可导!使用任何公式定理之前先看条件,用洛必达的时候都知道再三思考能不能用,怎么到高斯公式了想都不想上来就用?

考虑转换投影,都转换到 \(xOy\) 面计算即可。本题是数一首次考察转换投影法,在 24 年真题中再次考察。

第 19 题

Example

设函数 \(f(x)\) 在区间 \([0,2]\) 上具有连续导数,\(f(0)=f(2)=0\),\(M=\max\limits_{x\in[0,2]}\{|f(x)|\}\),证明:

(1) 存在 \(\xi\in(0,2)\),使得 \(|f'(\xi)|\geqslant M\);

(2) 若对任意的 \(x\in(0,2)\),\(|f'(x)|\leqslant M\),则 \(M=0\).

40 年真题中我最喜欢的一道中值定理题目,分析味道比较浓。

第一问,设出极大值点 \(c\in(0,2)\),由于两个端点的函数值都是 \(0\),因此考虑分两种情况使用拉格朗日中值定理即可。

第二问,方法非常多,这里介绍一种比较自然的方法。整体思路来自对图像的分析,讨论发现函数图像只可能在 \(x=1\) 处分段,且 \(x=1\) 处不可导,和题目矛盾,因此只能是 \(f(x)\equiv 0\).

本题的第一问使用到拉格朗日中值定理,第二问使用到逆用牛莱公式,这是处理导函数和原函数关系的两种常用方法,在之前的文章中也提到过:牛莱还是拉格朗日 ?

实际上本题的第二问不分类讨论也可以直接解决,欢迎评论区讨论!

第 20 题

Example

设二次型 \(f(x_1,x_2)=x_1^2-4x_1x_2+4x_2^2\) 经正交变换 \(\begin{pmatrix}x_1\\x_2\end{pmatrix}=Q\begin{pmatrix}y_1\\y_2\end{pmatrix}\) 化为二次型 \(g(y_1,y_2)=ay_1^2+4y_1y_2+by_2^2\),其中 \(a\geqslant b\).

(1) 求 \(a,b\) 的值 ;

(2) 求正交矩阵 \(Q\).

第一问送分。

第二问,其实注意力集中的话瞪眼就能看出来是怎么变换的,明显取 \(y_{1}=x_{1},y_{2}=-x_{2}\) 即可。当然本题的两个矩阵都是秩一矩阵,正常利用传递性解决计算量也不算大。下面展示一下“瞪眼法”的另一种过程呈现形式(当然直接写注意到是没有任何问题的)。

第 21 题

Example

设 \(A\) 为 2 阶矩阵,\(P=(\alpha,A\alpha)\),其中 \(\alpha\) 是非零向量且不是 \(A\) 的特征向量 .

(1) 证明 \(P\) 为可逆矩阵 ;

(2) 若 \(A^2\alpha+A\alpha-6\alpha=0\),求 \(P^{-1}AP\),并判断 \(A\) 是否相似于对角矩阵 .

第一问,根据题意可知对任意 \(k\),都有 \(A\alpha\neq k\alpha\),即 \(A\alpha\) 和 \(\alpha\) 不成比例,因此行列式不为零,所以可逆。当然使用反证法也很简单。

第二问,化简 \(AP\) 即可得到 \(B\);由于 \(A\) 和 \(B\) 是相似的,所以只需要考察 \(B\) 能否相似对角化即可。本题的本质是有理标准型相关理论,根据第一个等式其实就可以直接得到 \(A\) 的特征值,当然没有必要这么做。

第 22 题

Example

设随机变量 \(X_1,X_2,X_3\) 相互独立,其中 \(X_1\) 与 \(X_2\) 均服从标准正态分布,\(X_3\) 的概率分布为 \(P\{X_3=0\}=P\{X_3=1\}=\dfrac{1}{2}\),\(Y=X_3X_1+(1-X_3)X_2\).

(1) 求二维随机变量 \((X_1,Y)\) 的分布函数,结果用标准正态分布函数 \(\Phi(x)\) 表示 ;

(2) 证明随机变量 \(Y\) 服从标准正态分布 .

第一问,根据全概率公式拆开计算即可。

第二问,求出 \(Y\) 的分布函数即可,同样使用全概率公式。

第 23 题

Example

设某元件的使用寿命 \(T\) 的分布函数为

\[ F(t)= \begin{cases} 1-\mathrm{e}^{-\left(\tfrac{t}{\theta}\right)^m}, & t\geqslant 0,\\ 0, & \text{其他}, \end{cases} \]

其中 \(\theta,m\) 为参数且大于零 .

(1) 求概率 \(P\{T>t\}\) 与 \(P\{T>s+t\mid T>s\}\),其中 \(s>0,t>0\);

(2) 任取 \(n\) 个这种元件做寿命试验,测得它们的寿命分别为 \(t_1,t_2,\cdots,t_n\),若 \(m\) 已知,求 \(\theta\) 的最大似然估计值 \(\hat{\theta}\).

第一问,考察条件概率公式。

第二问,对分布函数求导得到概率密度函数,后续就是纯套路了。

以上就是对于 2020 年数一真题的全部解答,质量和难度都很高的一套真题,整体比较灵活。比如第 3 题,将多个知识点融合得非常好;第 8 题首次考察中心极限定理;第 11 题为真题原题复现;第 17 题是非常好的一道幂级数问题,所涉及到的思想是很重要的,命题背景为广义二项式系数,首次考察;第 18 题首次考察转化投影法,同时再次强调了定理公式的使用前提;第 19 题是超级好的一道中值定理题目,背景简单解法多样;第 20 题充分体现“多想少算”的重要性;其他题目都较为常规。

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