考研数学一2024真题解析Markdown校对版

考研数学一2025真题解析Markdown校对版继续讨论:

真题

选择题 1~10 小题 每小题10分 共50分

1.

已知函数 f(x)=\int_{0}^{x} e^{\cos t}\,\mathrm{d}tg(x)=\int_{0}^{\sin x} e^{t^{2}}\,\mathrm{d}t,则

(A) f(x) 为奇函数,g(x) 为偶函数.

(B) f(x) 为偶函数,g(x) 为奇函数.

(C) f(x)g(x) 均为奇函数.

(D) f(x)g(x) 均为偶函数.

2.

P=P(x,y,z), Q=Q(x,y,z) 均为连续函数,\Sigma 为曲面 z=\sqrt{1-x^2-y^2}x\geqslant 0, y\geqslant 0 )的上侧,则

\iint_{\Sigma} P\,\mathrm{d}y\,\mathrm{d}z+Q\,\mathrm{d}z\,\mathrm{d}x=

(A) \iint_{\Sigma}\left(\frac{x}{z}P+\frac{y}{z}Q\right)\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y

(B) \iint_{\Sigma}\left(-\frac{x}{z}P+\frac{y}{z}Q\right)\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y

(C) \iint_{\Sigma}\left(\frac{x}{z}P-\frac{y}{z}Q\right)\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y

(D) \iint_{\Sigma}\left(-\frac{x}{z}P-\frac{y}{z}Q\right)\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y

3.

已知幂级数 \sum_{n=0}^{\infty} a_n x^n 的和函数为 \ln(2+x),则 \sum_{n=0}^{\infty} n a_{2n}=

(A) -\frac{1}{6}

(B) -\frac{1}{3}

(C) \frac{1}{6}

(D) \frac{1}{3}

4.

设函数 f(x) 在区间(-1,1) 内有定义, \lim _{x \to 0} f(x) = 0 ,则

(A)当 \lim _{x \to 0}{\frac{f(x)}{x}} = m 时, f ^{\prime} ( 0 ) = m

(B)当 f ^{\prime} ( 0 ) = m 时, \lim _{x \to 0}{\frac{f(x)}{x}} = m

(C)当 \lim _{x \to 0} f ^{\prime} ( x ) = m 时, f ^{\prime} ( 0 ) = m

(D)当 f ^{\prime} ( 0 ) = m 时, \lim _{x \to 0} f ^{\prime} ( x ) = m

5.

在空间直角坐标系 O - x y z 中,三张平面 \pi _{i} : a _{i} x + b _{i} y + c _{i} z = d _{i} (i = 1 , 2 , 3 ) 位置关系如图所示, 记 \pmb{\alpha} _{i} = ( a _{i} , b _{i} , c _{i} ) , \pmb{\beta} _{i} = ( a _{i} , b _{i} , c _{i} , d _{i} ) ,若 r \left( \begin{array}{l}{\pmb{\alpha} _{1}} \\ {\pmb{\alpha} _{2}} \\ {\pmb{\alpha} _{3}} \end{array} \right) = m , r \left( \begin{array}{l}{\pmb{\beta} _{1}} \\ {\pmb{\beta} _{2}} \\ {\pmb{\beta} _{3}} \end{array} \right) = n , 则

(A) m = 1 , n = 2

(B) m = n = 2

(C) m = 2 , n = 3

(D) m = n = 3

6.

设向量 \alpha_{1}=\begin{pmatrix} a \\ 1 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix}\alpha_{2}=\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ b \\ a \end{pmatrix}\alpha_{3}=\begin{pmatrix} 1 \\ a \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix}。若 \alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3} 线性相关,且其中任意两个向量均线性无关,则

(A) a = 1, b \ne -1

(B) a = 1, b = -1

(C) a \ne -2, b = 2

(D) a = -2, b = 2

7.

\pmb{A} 是秩为 2 的 3 阶矩阵, \pmb{\alpha} 是满足 \mathbf{A} \mathbf{\alpha} {=} \mathbf{0} 的非零向量,若对满足 \pmb{\beta} ^ {\mathrm{T}} \pmb{\alpha} = \pmb{0} 的任意向量 \pmb{\beta} ,均有 A {\pmb \beta} = {\pmb \beta} ,则

(A) A ^{3} 的迹为 2.

(B) A ^{3} 的迹为 5.

(C) A ^{5} 的迹为 7.

(D) A ^{5} 的迹为 9.

8.

设随机变量 XY 相互独立,X\sim N(0,2)Y\sim N(-2,2)。若 P{2X+Y<a}=P{X>Y},则 a=

(A) -2-\sqrt{10}

(B) -2+\sqrt{10}

(C) -2-\sqrt{6}

(D) -2+\sqrt{6}

9.

设随机变量 X 的概率密度为

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

X=x 的条件下,Y 在区间 (x,1) 上服从均匀分布,则 \operatorname{cov}(X,Y)=

(A) -\frac{1}{36}

(B) -\frac{1}{72}

(C) \frac{1}{72}

(D) \frac{1}{36}

10.

设随机变量 XY 相互独立,且均服从参数为 \lambda 的指数分布,令 Z=|X-Y|,则下列随机变量与 Z 同分布的是

(A) X+Y

(B) \frac{X+Y}{2}

(C) 2X

(D) X

填空题 11-16 小题 每小题 5 分 共30分

11.

\lim_{x\to 0}\frac{\left(1+a x^2\right)^{\sin x}-1}{x^3}=6,则 a=\underline{\qquad}.

12.

z=f(u,v) 有二阶连续导数,且在 (1,1)\mathrm{d}f=3\,\mathrm{d}u+4\,\mathrm{d}v。若 y=f(\cos x,\,1+x^2),则 \left.\frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}x^2}\right|_{x=0}=\underline{\qquad}.

13.

若函数 f(x)=x+1,若 f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{\infty} a_n\cos(nx)x\in[0,\pi] ),则 极限
\lim_{n\to\infty} n^2\sin\, a_{2n-1}=\underline{\qquad}.

14.

微分方程 y'=\frac{1}{(x+y)^2},满足条件 y(1)=0 的解为 \underline{\qquad}.

15.

设实矩阵 A=\begin{pmatrix}a+1&a\\a&a\end{pmatrix},若对任意实向量 \alpha=\begin{pmatrix}x_1\\x_2\end{pmatrix}\beta=\begin{pmatrix}y_1\\y_2\end{pmatrix},不等式

(\alpha^{\mathsf T}A\beta)^2\le (\alpha^{\mathsf T}A\alpha)(\beta^{\mathsf T}A\beta)

都成立,则 a 的取值范围为 \underline{\qquad}.

16.

随机试验每次成功的概率为 p,现进行三次独立重复试验。已知在“至少成功一次”的条件下“全部成功”的概率为 \frac{4}{13},则 p=\underline{\qquad}.

解答题 17~22 题 共70分

17.

(本题满分 10分)

已知平面区域 D = \{( x , y ) {\big |}{\sqrt{1 - y ^{2}}} \leq x \leq 1 , - 1 \leq y \leq 1 \} ,计算 \iint_{D} \frac{x}{\sqrt{x ^{2} + y ^{2}}} \mathrm{d} \sigma .

18.

(本题满分 12分)

f ( x , y ) = x ^{3} + y ^{3} - \left( x + y \right) ^{2} + 3 ,曲面 z = f ( {\boldsymbol{x}} , {\boldsymbol{y}} ) 在(1,1,1) 处的切平面为 T 与三个坐标面所围有界区域在xOy面的投影为 D .

(1)求 T 的方程

(2)求 f ( x , y )D 上的最大值和最小值

19.(本题满分 12 分)

设函数 f(x) 二阶可导,且满足

f'(0)=f'(1),\qquad |f''(x)|\le 1 \ \ .

证明:

1)对任意 x\in[0,1],有

\bigl|\,f(x)-f(0)(1-x)-f(1)x\,\bigr|\le \frac{x(1-x)}{2}.

2)有

\left|\int_{0}^{1} f(x)\,dx-\frac{f(0)+f(1)}{2}\right|\le \frac{1}{12}.

20.

(本题满分 12分)

已知有向曲线 \pmb{L} 为球面 x ^{2} + y ^{2} + z ^{2} = 2 x 与平面 2 x - z - 1 = 0 的交线从 z 轴正向往 z轴负向看去为逆时针方向,计算曲线积分

\int_{L} \left(6 x y z - y z ^{2}\right) d x + 2 x ^{2} z d y + x y z d z

21.

(本题满分 12分)

已知数列 \{x _{n} \} , \{y _{n} \} , \{z _{n} \} 满足 x _{0} = - 1 , y _{0} = 0 , z _{0} = 2 , 且 \left\{\begin{array}{c}{{x _{n} = - 2 x _{n - 1} + 2 z _{n - 1}}} \\ {{y _{n} = - 2 y _{n - 1} - 2 z _{n - 1}}} \\ {{z _{n} = - 6 x _{n - 1} - 3 y _{n - 1} + 3 z _{n - 1}}} \end{array} \right. ,\alpha _{n} = {\left\{\begin{array}{l l}{x _{n}} \\ {y _{n}} \\ {z _{n}} \end{array} \right\}} ,写出满足 \alpha _{n} = A \alpha _{n - 1} 的矩阵 A ,并求 A ^{n}x _{n} , y _{n} , z _{n} ( n {=} 1 , 2 , \cdots ) .

22.

(本题满分 12分)

设 总 体 X \sim U ( 0 , \theta )\theta 未 知 , X _{1} , X _{2} \cdots X _{n} 为 简 单 随 机 样 本 ,X _ {_{( n )}} = \max ( X _ {_{1}} , X _ {_{2}} \cdots X _ {_{n}} ) , ~ T _{_ c} = c X _ {_{( n )}} .

(1)求 c 时,使得 T _{c}\theta 的无偏估计.

(2)记 h ( c ) = E ( T _{c} - \theta ) ^{2} ,求 c 使得 h ( c ) 取最小值.


答案

1.

【答案】(C)

2.

【答案】(A)

3.

【答案】(A)

4.

【答案】(B)

5.

【答案】(B)

6.

【答案】(D)

7.

【答案】(A)

8.

【答案】(B)

9.

【答案】(D)

10.

【答案】(D)

11.

【答案】6

12.

【答案】5

13.

【答案】 -\frac{1}{\pi}

14.

【答案】 \arctan(x+y)=y+\frac{\pi}{4}.

15.

【答案】 a\ge 0

16.

【答案】 \frac{2}{3}

17.

【答案】 {\sqrt{2}} + \ln ( 1 + {\sqrt{2}} ) - 2

18.

【答案】切平面 x + y + z = 3 ;最大值 21,最小值 \frac{17}{27}

19.

【答案】(1)分别在 x = 0x = 1 处使用泰勒公式展开.

(2)对于(1)结果两边同时积分.

20.

【答案】 \frac{4 \pi}{5 {\sqrt{5}}}

21.

【答案】

A ^{n} = \left( \begin{array}{c c c} - 4 + (- 1) ^{n + 1} 2 ^{n} & - 2 + (- 1) ^{n + 1} 2 ^{n} & 2 \\ 4 + (- 1) ^{n} 2 ^{n + 1} & 2 + (- 1) ^{n} 2 ^{n + 1} & - 2 \\ - 6 & - 3 & 3 \end{array} \right),

x _{n} = 8 + (- 2) ^{n},\; y _{n} = - 8 + (- 2) ^{n + 1},\; z _{n} = 12.

22.

【答案】(1) c = {\frac{n + 1}{n}} ;(2) c = {\frac{n + 2}{n + 1}}.

解析

一、选择题

2024年全国硕士研究生招生考试数学一解析

1. 答案选C.

解:e^{\cos t} 是偶函数,则 \int_{0}^{x}e^{\cos t}dt 是奇函数。由 g(x)=\int_{0}^{\sin x}e^{t^{2}}dt,则 g(-x)=\int_{0}^{\sin(-x)}e^{t^{2}}dt=\int_{0}^{-\sin x}e^{t^{2}}dt。令 t=-ug(-x)=-\int_{0}^{\sin x}e^{u^{2}}du,于是 g(-x)=-g(x)g(x) 是奇函数。

注:g(x)=\int_{0}^{\sin x}e^{t^{2}}dt 可以看作由 y(u)=\int_{0}^{u}e^{t^{2}}dtu(x)=\sin x 复合而成。显然,u(x)=\sin x 是奇函数,于是 g(x) 的奇偶性与 y(u) 一致,是奇函数。另外,若 u(x) 是偶函数,则 g(x) 直接就是偶函数(此时与 y(u) 的奇偶性无关)。

2. 答案选A.

解:由转换投影公式,知

\iint_{\Sigma}P dydz+Qdzdx=\iint_{\Sigma}P\cdot\left(-\frac{\partial z}{\partial x}\right)dxdy+Q\cdot\left(-\frac{\partial z}{\partial y}\right)dxdy
=\iint_{\Sigma}\left(P\cdot\frac{x}{z}+Q\cdot\frac{y}{z}\right)dxdy=\iint_{\Sigma}\left(\frac{x}{z}P+\frac{y}{z}Q\right)dxdy.

3. 答案选A.

解:\ln(2+x)=\ln\left(1+\frac{x}{2}\right)+\ln 2=\ln 2+\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1}\frac{(\frac{x}{2})^{n}}{n}=\ln 2+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{n\cdot 2^{n}}x^{n}, -2<x\le 2.

依题意,有 a_{0}=\ln 2, a_{n}=\frac{(-1)^{n-1}}{n\cdot 2^{n}}, n=1,2,\dots。进而 a_{2n}=\frac{(-1)^{2n-1}}{2n\cdot 2^{2n}}=-\frac{1}{2n\cdot 4^{n}}, n=1,2,\dots。则

\sum_{n=0}^{\infty}na_{2n}=\sum_{n=1}^{\infty}na_{2n}=-\sum_{n=1}^{\infty}n\cdot\frac{1}{2n\cdot 4^{n}}=-\frac{1}{2}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{4^{n}}=-\frac{1}{2}\cdot\frac{\frac{1}{4}}{1-\frac{1}{4}}=-\frac{1}{6}.

4. 答案选B.

解:由 f^{\prime}(0)=m,有 \lim_{x\rightarrow 0}\frac{f(x)-f(0)}{x}=m,有 \lim_{x\rightarrow 0}[f(x)-f(0)]=0,有 \lim_{x\rightarrow 0}f(x)=0,于是 f(0)=0

此时 \lim_{x\rightarrow 0}\frac{f(x)}{x}=\lim_{x\rightarrow 0}\frac{f(x)-f(0)}{x}=m.

5. 答案选B.

解:由题意可知,\pi_{1},\pi_{2},\pi_{3} 相交于一条直线,且不重合,于是方程组

\begin{cases}a_{1}x+b_{1}y+c_{1}z=d_{1},\\ a_{2}x+b_{2}y+c_{2}z=d_{2},\\ a_{3}x+b_{3}y+c_{3}z=d_{3}\end{cases}

无穷多解,且 \alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3} 两两不相关。故 r\left[\begin{matrix}\alpha_{1}\\ \alpha_{2}\\ \alpha_{3}\end{matrix}\right]<3

r(\alpha_{i},\alpha_{j})=2(i\ne j),故 m=n=2

6. 答案选D.

解:

(\alpha,\alpha_{1},\alpha_{2})=\left[\begin{matrix}a&1&1\\ 1&1&a\\ -1&b&-1\\ 1&a&1\end{matrix}\right]\rightarrow\left[\begin{matrix}1&1&a\\ 0&1-a&1-a^{2}\\ 0&b+1&a-1\\ 0&a-1&1-a\end{matrix}\right]\rightarrow\left[\begin{matrix}1&1&a\\ 0&1-a&1-a^{2}\\ 0&b+1&a-1\\ 0&0&2-a^{2}-a\end{matrix}\right].

因为 \alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3} 线性相关,且其中任意两个向量均线性无关,则 r(\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3})\le 2,且 r(\alpha_{i},\alpha_{j})=2(i\ne j),于是 r(\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3})=2

①当 a=1 时,与 \alpha_{3} 线性相关,不满足题意;

②当 a\ne 1 时,

(\alpha,\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3})\rightarrow\left[\begin{matrix}1&1&a\\ 0&1&1+a\\ 0&b+1&a-1\\ 0&0&a+2\end{matrix}\right]\rightarrow\left[\begin{matrix}1&1&a\\ 0&1&1+a\\ 0&0&-b(a+1)-2\\ 0&0&a+2\end{matrix}\right],

要满足题意,则 a+2=0-b(a+1)-2=0,即 \begin{cases}a=-2,\\ b=2.\end{cases}

7. 答案选A.

解:由 r(A)=2,则 Ax=0 只有一个线性无关的解,故特征值 \lambda_1=0 只有一个线性无关特征向量。

A\alpha=0=0\cdot\alpha,\alpha\ne 0,可知 \alpha\lambda_{1}=0 的特征向量。

对3维非零列向量,且满足 \beta^{T}\alpha=0 (即与 \alpha 正交)的线性无关向量应当有两个(比如3维坐标系的三个坐标轴),设为 \beta_{1},\beta_{2}。由 A\beta_{i}=\beta_{i}=1\cdot\beta_{i},i=1,2,可知 \beta_{1},\beta_{2} 为特征值 \lambda_{2}=\lambda_{3}=1 的线性无关特征向量。进而 A 的全部特征值也是0, 1, 1 所以 tr(A)=0+1+1=2

8. 答案选B.

解:E(2X+Y) = 2EX+EY = -2D(2X+Y) = 4DX+DY = 4\times 2+2=10,则 2X+Y\sim N(-2,10)。同理,X-Y\sim N(2,4)。此时

P\{2X+Y<a\}=P\left\{\frac{2X+Y+2}{\sqrt{10}}<\frac{a+2}{\sqrt{10}}\right\}=\Phi\left(\frac{a+2}{\sqrt{10}}\right)

P\{X>Y\}=P\left\{\frac{X-Y-2}{2}>\frac{0-2}{2}\right\}=1-\Phi(-1)=\Phi(1),所以 \frac{a+2}{\sqrt{10}}=1,得 a=\sqrt{10}-2.

9. 答案选D.

解:由题意可知

f_X(x)=\begin{cases}2(1-x),&0<x<1,\\ 0,&\text{其他}\end{cases}, \quad f_{Y|X}(y|x)=\begin{cases}\frac{1}{1-x},&x<y<1,\\ 0,&\text{其他}\end{cases}

于是 f(x,y)=f_X(x)\cdot f_{Y|X}(y|x)=\begin{cases}2,&0<x<y<1,\\ 0,&\text{其他}\end{cases}

EX=\int_{0}^{1}2x(1-x)dx=2\times\left(\frac{1}{2}-\frac{1}{3}\right)=\frac{1}{3}
EY=\int_{0}^{1}dx\int_{x}^{1}2ydy=\int_{0}^{1}(1-x^{2})dx=\frac{2}{3}
E(XY)=\int_{0}^{1}dx\int_{x}^{1}2xydy=\int_{0}^{1}x(1-x^{2})dx=\frac{1}{4}

于是 Cov(X,Y)=E(XY)-EX\cdot EY=\frac{1}{4}-\frac{2}{9}=\frac{1}{36}.

10. 答案选D.

解:X与Y的联合概率密度为 f(x,y)=f_{X}(x)\cdot f_{Y}(y)=\begin{cases}\lambda^{2}e^{-\lambda(x+y)},&x>0,y>0,\\ 0,&\text{其他}\end{cases}

设Z的分布函数为 F_{Z}(z),则 F_{Z}(z)=P\{|X-Y|\le z\}

①当 z<0 时,F_{Z}(z)=0

②当 z\ge 0 时,

F_{Z}(z)=P\{-z\le X-Y\le z\}=2P\{0\le X-Y\le z\}
=2\int_{0}^{+\infty}\lambda e^{-\lambda y}dy\int_{y}^{y+z}\lambda e^{-\lambda x}dx
=2\int_{0}^{+\infty}\lambda e^{-\lambda y}[e^{-\lambda y}-e^{-\lambda(y+z)}]dy
=2\int_{0}^{+\infty}\lambda e^{-2\lambda y}dy-2e^{-\lambda z}\int_{0}^{+\infty}\lambda e^{-2\lambda y}dy
=1-e^{-\lambda z}.

所以 Z\sim E(\lambda),从而Z与X服从相同的分布。


二、填空题

11. 答案填 6.

解:

\lim_{x\rightarrow 0}\frac{(1+ax^{2})^{\sin x}-1}{x^{3}}=\lim_{x\rightarrow 0}\frac{e^{\sin x\ln(1+ax^{2})}-1}{x^{3}}=\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\sin x\ln(1+ax^{2})}{x^{3}}=\lim_{x\rightarrow 0}\frac{ax^{3}}{x^{3}}=6.

所以 a=6

12. 答案填 5.

解:由 df|_{(1,1)}=3du+4dv,则 f_1'(1,1) = 3, f_2'(1,1) = 4。由 y = f(\cos x, 1+x^{2}),则

\frac{dy}{dx}=f_{1}^{\prime}\cdot(-\sin x)+f_{2}^{\prime}\cdot 2x.
\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=[f_{11}^{\prime\prime}\cdot(-\sin x)+f_{12}^{\prime\prime}\cdot 2x](-\sin x)+f_{1}^{\prime}\cdot(-\cos x)+[f_{21}^{\prime\prime}\cdot(-\sin x)+f_{22}^{\prime\prime}\cdot 2x]\cdot 2x+f_{2}^{\prime}\cdot 2,

x=0 时,\cos 0=1,故

\frac{d^{2}y}{dx^{2}}\bigg|_{x=0}=f_{1}^{\prime}(1,1)\cdot(-1)+f_{2}^{\prime}(1,1)\cdot 2=-3+8=5.

13. 答案填 -\frac{1}{\pi}.

解:这是余弦级数,则

a_{n}=\frac{2}{\pi}\int_{0}^{\pi}(x+1)\cos nxdx=\frac{2}{\pi}\int_{0}^{\pi}x\cos nxdx=\frac{2}{n\pi}\int_{0}^{\pi}xd(\sin nx)
=\frac{2}{n\pi}\left(x\sin nx|_{0}^{\pi}-\int_{0}^{\pi}\sin nx dx\right)=\frac{2}{n\pi}\cdot\frac{1}{n}\cos nx|_{0}^{\pi}
=\frac{2}{n^{2}\pi}[(-1)^{n}-1].

于是 a_{2n-1}=\frac{2}{(2n-1)^{2}\pi}[(-1)^{2n-1}-1]=-\frac{4}{(2n-1)^{2}\pi}。此时

\lim_{n\rightarrow\infty}n^{2}\sin a_{2n-1}=\lim_{n\rightarrow\infty}n^{2}\cdot\sin\frac{-4}{(2n-1)^{2}\pi}=\lim_{n\rightarrow\infty}n^{2}\cdot\frac{-4}{(2n-1)^{2}\pi}=-\frac{1}{\pi}.

14. 答案填 \arctan(x+y)=y+\frac{\pi}{4}.

解:令 u=x+y,则 y=u-x, y^{\prime}=\frac{du}{dx}-1。代入原方程,得 \frac{du}{dx}-1=\frac{1}{u^{2}} 于是

\frac{du}{dx}=\frac{1}{u^{2}}+1=\frac{1+u^{2}}{u^{2}}

分离变量,得 \frac{u^{2}}{1+u^{2}}du=dx,两边积分,得 \int\frac{u^{2}}{1+u^{2}}du=\int dx,于是 u-\arctan u=x+C。回代,得

x+y-\arctan(x+y)=x+C, \text{ 即 } y-\arctan(x+y)=C

x=1,y=0 代入,得 C=-\frac{\pi}{4},于是所求特解为 \arctan(x+y)=y+\frac{\pi}{4}.

15. 答案填 [0,+\infty).

解:由题意,A是实对称矩阵,则存在正交矩阵Q,使 Q^{T}AQ=\left[\begin{matrix}\lambda_{1}&0\\ 0&\lambda_{2}\end{matrix}\right]=\Lambda,故 A=Q\Lambda Q^{T}

对任意 \alpha,\beta,有 (\alpha^{T}A\beta)^{2}\le (\alpha^{T}A\alpha)(\beta^{T}A\beta),即 (\alpha^{T}Q\Lambda Q^{T}\beta)^{2}\le (\alpha^{T}Q\Lambda Q^{T}\alpha)(\beta^{T}Q\Lambda Q^{T}\beta) 成立。

Q^{T}\alpha=\alpha_{1}=\left[\begin{matrix}a_{1}\\ a_{2}\end{matrix}\right]Q^{T}\beta=\beta_{1}=\left[\begin{matrix}b_{1}\\ b_{2}\end{matrix}\right],则 (\alpha_{1}^{T}\Lambda\beta_{1})^{2}\le (\alpha_{1}^{T}\Lambda\alpha_{1})(\beta_{1}^{T}\Lambda\beta_{1}),即

(\lambda_{1}a_{1}b_{1}+\lambda_{2}a_{2}b_{2})^{2}\le(\lambda_{1}a_{1}^{2}+\lambda_{2}a_{2}^{2})(\lambda_{1}b_{1}^{2}+\lambda_{2}b_{2}^{2}),

展开后得:

\lambda_{1}^{2}a_{1}^{2}b_{1}^{2}+\lambda_{2}^{2}a_{2}^{2}b_{2}^{2}+2\lambda_{1}\lambda_{2}a_{1}b_{1}a_{2}b_{2}\le \lambda_{1}^{2}a_{1}^{2}b_{1}^{2}+\lambda_{2}^{2}a_{2}^{2}b_{2}^{2}+\lambda_{1}\lambda_{2}a_{1}^{2}b_{2}^{2}+\lambda_{1}\lambda_{2}a_{2}^{2}b_{1}^{2},

于是 2\lambda_{1}\lambda_{2}a_{1}b_{1}a_{2}b_{2}\le\lambda_{1}\lambda_{2}a_{1}^{2}b_{2}^{2}+\lambda_{1}\lambda_{2}a_{2}^{2}b_{1}^{2},即 \lambda_{1}\lambda_{2}(a_{1}^{2}b_{2}^{2}+a_{2}^{2}b_{1}^{2}-2a_{1}b_{1}a_{2}b_{2})\ge 0,也即 \lambda_{1}\lambda_{2}(a_{1}b_{2}-a_{2}b_{1})^{2}\ge 0

\alpha,\beta 的任意性,可知 \lambda_{1}\lambda_{2}\ge 0,于是 |A|=\left|\begin{matrix}a+1&a\\ a&a\end{matrix}\right|=a^{2}+a-a^{2}=a\ge 0.

16. 答案填 \frac{2}{3}.

解:设事件A为3次试验全部成功,事件B为至少成功1次,则

P(A|B)=\frac{P(AB)}{P(B)}=\frac{P(A)}{P(B)}
=\frac{p^{3}}{1-(1-p)^{3}}
=\frac{4}{13},

于是 13p^{3}=4-4(1-p)^{3},整理得 p(3p-2)(3p+6)=0,解得 p=\frac{2}{3}.


三、解答题

17. 解:

D_{1}=\{(x,y)|\sqrt{1-y^{2}}\le x\le 1,0\le y\le 1\},则

\iint_{D}\frac{x}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}dxdy=2\iint_{D_{1}}\frac{x}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}dxdy
=2\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\cos\theta d\theta\int_{1}^{\frac{1}{\cos\theta}}rdr+2\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}}\cos\theta d\theta\int_{1}^{\frac{1}{\sin\theta}}rdr
=\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\left(\frac{1}{\cos^{2}\theta}-1\right)\cos\theta d\theta+\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}}\left(\frac{1}{\sin^{2}\theta}-1\right)\cos\theta d\theta
=\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}(\sec\theta-\cos\theta)d\theta+\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}}\left(\frac{\cos\theta}{\sin^{2}\theta}-\cos\theta\right)d\theta
=-\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos\theta d\theta+\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\sec\theta d\theta+\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}}\frac{1}{\sin^{2}\theta}d(\sin\theta)
=-1+\ln(\sqrt{2}+1)+(-1+\sqrt{2})
=\ln(\sqrt{2}+1)+\sqrt{2}-2.

18. 解:

(1) 因为 f(x,y)=x^{3}+y^{3}-(x+y)^{2}+3,所以

\frac{\partial f}{\partial x}=3x^{2}-2(x+y),\quad \frac{\partial f}{\partial y}=3y^{2}-2(x+y),\quad \frac{\partial f(1,1)}{\partial x}=-1,\quad \frac{\partial f(1,1)}{\partial y}=-1.

所以切平面的方程为 -(x-1)-(y-1)+(z-1)=0,即 x+y+z=3.

(2) 由(1)知,切平面与坐标平面所围有界区域在xOy平面上的投影为 D=\{(x,y)|0\le x\le 3,0\le y\le 3-x\}.

\frac{\partial f}{\partial x}=0, \frac{\partial f}{\partial y}=0,即

\begin{cases}3x^{2}-2(x+y)=0,\\ 3y^{2}-2(x+y)=0,\end{cases}

解得 \begin{cases}x=0,\\ y=0\end{cases}\begin{cases}x=\frac{4}{3},\\ y=\frac{4}{3}.\end{cases}

(x,y)\in \{(x,y)|0\le x\le 3,y=0\} 时,f(x,0)=x^{3}-x^{2}+3,x\in[0,3]。令 \frac{d}{dx}[f(x,0)]=3x^{2}-2x=0,解得 x=0x=\frac{2}{3}

(x,y)\in \{(x,y)|0\le y\le 3,x=0\} 时,同理可得 y=0y=\frac{2}{3}

(x,y)\in \{(x,y)|0\le x\le 3,x+y=3\} 时,f(x,3-x)=x^{3}+(3-x)^{3}-6,x\in[0,3]。令 \frac{d}{dx}[f(x,3-x)]=3x^{2}-3(3-x)^{2}=0,解得 x=\frac{3}{2}

综上,f(x,y) 在D上的可能最值点是 (0,0),(\frac{4}{3},\frac{4}{3}),(\frac{2}{3},0),(0,\frac{2}{3}),(3,0),(0,3),(\frac{3}{2},\frac{3}{2}).

又因为 f(0,0)=3,f(\frac{4}{3},\frac{4}{3})=\frac{17}{27},f(\frac{2}{3},0)=f(0,\frac{2}{3})=\frac{77}{27},f(3,0)=f(0,3)=21,f(\frac{3}{2},\frac{3}{2})=\frac{3}{4},所以 f(x,y) 在D上的最大值为 21,最小值为 \frac{17}{27}.

19. 证:

(1) 因为 f(x) 具有2阶导数,当 x\in(0,1) 时,根据泰勒公式,存在 \xi_{1},\xi_{2}\in(0,1),使得

f(x)=f(0)+f^{\prime}(0)x+\frac{1}{2}f^{\prime\prime}(\xi_{1})x^{2},
f(x)=f(1)+f^{\prime}(1)(x-1)+\frac{1}{2}f^{\prime\prime}(\xi_{2})(x-1)^{2},

可得

(1-x)f(x)=f(0)(1-x)+f^{\prime}(0)x(1-x)+\frac{1}{2}f^{\prime\prime}(\xi_{1})x^{2}(1-x),
xf(x)=f(1)x+f^{\prime}(1)(x-1)x+\frac{1}{2}f^{\prime\prime}(\xi_{2})(x-1)^{2}x.

因为 f^{\prime}(0)=f^{\prime}(1),两式相加得

f(x)=f(0)(1-x)+f(1)x+\frac{x(1-x)}{2}[xf^{\prime\prime}(\xi_{1})+(1-x)f^{\prime\prime}(\xi_{2})].

又因为 |f^{\prime\prime}(x)|\le 1,所以当 x\in(0,1) 时,

|f(x)-f(0)(1-x)-f(1)x|\le\frac{x(1-x)}{2}[x|f^{\prime\prime}(\xi_{1})|+(1-x)|f^{\prime\prime}(\xi_{2})|]\le\frac{x(1-x)}{2}.

(2) 因为 \int_{0}^{1}[f(x)-f(0)(1-x)-f(1)x]dx=\int_{0}^{1}f(x)dx-\frac{f(0)+f(1)}{2},所以由定积分的性质和(1)

\left|\int_{0}^{1}f(x)dx-\frac{f(0)+f(1)}{2}\right|\le\int_{0}^{1}|f(x)-f(0)(1-x)-f(1)x|dx
\le\int_{0}^{1}\frac{x(1-x)}{2}dx=\frac{1}{12}.

20. 解:

记曲线L在平面 2x-z-1=0 上所围部分为 \Sigma,上侧为正,由斯托克斯公式得

\oint_{L}(6xyz-yz^{2})dx+2x^{2}zdy+xyzdz
=\iint_{\Sigma}(xz-2x^{2})dydz+(6xy-3yz)dzdx+(z^{2}-2xz)dxdy
=\frac{1}{\sqrt{5}}\iint_{\Sigma}[-2(xz-2x^{2})+(z^{2}-2xz)]dS
=\frac{1}{\sqrt{5}}\iint_{\Sigma}(2x-z)^{2}dS
=\frac{1}{\sqrt{5}}\iint_{\Sigma}dS
=\frac{4\sqrt{5}}{25}\pi.

21. 解:

由题设得 \left[\begin{matrix}x_{n}\\ y_{n}\\ z_{n}\end{matrix}\right]=\left[\begin{matrix}-2&0&2\\ 0&-2&-2\\ -6&-3&3\end{matrix}\right]\left[\begin{matrix}x_{n-1}\\ y_{n-1}\\ z_{n-1}\end{matrix}\right],得矩阵 A=\left[\begin{matrix}-2&0&2\\ 0&-2&-2\\ -6&-3&3\end{matrix}\right] 满足 \alpha_{n}=A\alpha_{n-1}.

因为

|\lambda E-A|=\left|\begin{matrix}\lambda+2&0&-2\\ 0&\lambda+2&2\\ 6&3&\lambda-3\end{matrix}\right|=\lambda(\lambda-1)(\lambda+2),

所以矩阵的特征值为 \lambda_{1}=0,\lambda_{2}=1,\lambda_{3}=-2.

从而得

\lambda_{1}=0 时,解方程组 (0E-A)x=0,得特征向量 \xi_{1}=\left[\begin{matrix}1\\ -1\\ 1\end{matrix}\right];

\lambda_{2}=1 时,解方程组 (E-A)x=0,得特征向量 \xi_{2}=\left[\begin{matrix}2\\ -2\\ 3\end{matrix}\right];

\lambda_{3}=-2 时,解方程组 (-2E-A)x=0,得特征向量 \xi_{3}=\left[\begin{matrix}-1\\ 2\\ 0\end{matrix}\right].

P=(\xi_{1},\xi_{2},\xi_{3})=\left[\begin{matrix}1&2&-1\\ -1&-2&2\\ 1&3&0\end{matrix}\right],则 P^{-1}AP=\left[\begin{matrix}0&0&0\\ 0&1&0\\ 0&0&-2\end{matrix}\right],即

A=P\left[\begin{matrix}0&0&0\\ 0&1&0\\ 0&0&-2\end{matrix}\right]P^{-1},
A^{n}=P\left[\begin{matrix}0&0&0\\ 0&1&0\\ 0&0&-2\end{matrix}\right]^{n}P^{-1}=\left[\begin{matrix}1&2&-1\\ -1&-2&2\\ 1&3&0\end{matrix}\right]\left[\begin{matrix}0&0&0\\ 0&1&0\\ 0&0&(-2)^{n}\end{matrix}\right]\left[\begin{matrix}6&3&-2\\ -2&-1&1\\ 1&1&0\end{matrix}\right]
=\left[\begin{matrix}-4-(-2)^{n}&-2-(-2)^{n}&2\\ 4-(-2)^{n+1}&2-(-2)^{n+1}&-2\\ -6&-3&3\end{matrix}\right].

由递推式 \alpha_{n}=A\alpha_{n-1}\alpha_{n}=A^{n}\alpha_{0},其中 \alpha_{0}=\left[\begin{matrix}-1\\ 0\\ 2\end{matrix}\right],所以

\alpha_{n}=A^{n}\alpha_{0}=\left[\begin{matrix}-4-(-2)^{n}&-2-(-2)^{n}&2\\ 4-(-2)^{n+1}&2-(-2)^{n+1}&-2\\ -6&-3&3\end{matrix}\right]\left[\begin{matrix}-1\\ 0\\ 2\end{matrix}\right]=\left[\begin{matrix}8+(-2)^{n}\\ -8+(-2)^{n+1}\\ 12\end{matrix}\right].

x_{n}=8+(-2)^{n},y_{n}=-8+(-2)^{n+1},z_{n}=12 \quad (n=1,2,\dots).

22. 解:

(1) X的分布函数为 F(x)=\begin{cases}0,&x<0,\\ \frac{x}{\theta},&0\le x<\theta,\\ 1,&x\ge\theta,\end{cases}

最大顺序统计量 X_{(n)} 的概率密度为

f_{(n)}(x)=n[F(x)]^{n-1}F^{\prime}(x)=\begin{cases}\frac{n}{\theta^{n}}x^{n-1},&0\le x\le\theta,\\ 0,&\text{其他},\end{cases}

从而

EX_{(n)}=\int_{-\infty}^{+\infty}xf_{(n)}(x)dx=\int_{0}^{\theta}\frac{n}{\theta^{n}}x^{n}dx=\frac{n}{n+1}\theta.

E(T_{c})=E(cX_{(n)})=\frac{cn}{n+1}\theta,所以当 c=\frac{n+1}{n} 时,T_{c}\theta 的无偏估计。

(2) 由(1)知

E(X_{(n)}^{2})=\int_{-\infty}^{+\infty}x^{2}f_{(n)}(x)dx=\int_{0}^{\theta}\frac{n}{\theta^{n}}x^{n+1}dx=\frac{n}{n+2}\theta^{2},
h(c)=E(T_{c}-\theta)^{2}=\theta^{2}\left(\frac{n}{n+2}c^{2}-\frac{2n}{n+1}c+1\right),

所以当 c=\frac{n+2}{n+1} 时,h(c) 最小。

20 个赞

看不懂w

你不要这样,我不习惯

这是测试Markdown语法嘛:distorted_face:

是不是在搞知识库()

这对吗这对吗这对吗,怎么就开始学习了 :distorted_face:

~~~~ sleep ~~~~

我记得公式是另外一个插件

太深奥啦

佬不会真是27考研党吧 :distorted_face:

佬友爱学习!

何意味hh

猫猫头!

你想考研呀!(emm,真是考研。打扰啦~!~)

24年数一确实难哇

mark一下

考研猫?

6 个赞

每日学习时间!

这markdown做的真好,哪怕我第一题都忘了怎么做

正在准备复试,看见这个又想起来许多不好的回忆:innocent: