2015年全国硕士研究生入学考试数学一真题

一、选择题

一、选择题:1~8 小题,每小题 4 分,共 32 分。

1.设函数 f(x)f(x)(,+)(-\infty,+\infty) 内连续,二阶导函数 f(x)f''(x) 的图形如图(略),则曲线 y=f(x)y=f(x) 的拐点个数为( )

(A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3

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拐点

答案:C。
解析:拐点为 ff'' 异号处,图示有两处异号。

2.y=12e2x+(x13)exy=\tfrac{1}{2}e^{2x}+(x-\tfrac{1}{3})e^x 是方程 y+ay+by=cexy''+ay'+by=ce^x 的一特解,则( )

(A) a=3,b=2,c=1a=-3,b=2,c=-1
(B) a=3,b=2,c=1a=3,b=2,c=-1
(C) a=3,b=2,c=1a=-3,b=2,c=1
(D) a=3,b=2,c=1a=3,b=2,c=1

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二阶常系数方程

答案:A。
解析:特征根 2 与 1,得 a=3,b=2a=-3,b=2,代入求 c=1c=-1

3.若级数 n=1an\sum_{n=1}^\infty a_n 条件收敛,则 x=3x=\sqrt{3}x=3x=3 依次为幂级数 n=1nan(x1)n\sum_{n=1}^\infty n a_n(x-1)^n 的( )

(A) 收敛点,收敛点 (B) 收敛点,发散点 (C) 发散点,收敛点 (D) 发散点,发散点

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幂级数

答案:B。
解析:收敛半径仍为 1,收敛区间 (0,2)(0,2)3\sqrt3 在内,3 在外。

4.设 DD 为第一象限由 xy=1,xy=2xy=1,xy=2y=x,y=4xy=x,y=4x 围成的区域,ffDD 上连续,则 Df(x,y)dxdy=\iint_D f(x,y)\,dx\,dy=( )

(A) π/4arctan4dθ1sinθcosθ2sinθcosθf(rcosθ,rsinθ)rdr\displaystyle \int_{\pi/4}^{\arctan 4}d\theta\int_{\sqrt{\frac{1}{\sin\theta\cos\theta}}}^{\sqrt{\frac{2}{\sin\theta\cos\theta}}} f(r\cos\theta,r\sin\theta)\,r\,dr
(B) 同上但无 rr 因子
(C) 同上但有 r2r^2 因子
(D) 无对应正确形式

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极坐标

答案:A。
解析:极坐标 dxdy=rdrdθdxdy=r\,dr\,d\thetarr 范围如式。

5.设 A=(11112a14a2)A=\begin{pmatrix}1&1&1\\1&2&a\\1&4&a^2\end{pmatrix}b=(1dd2)b=\begin{pmatrix}1\\d\\d^2\end{pmatrix}Ω={1,2}\varOmega=\{1,2\},方程组 Ax=bAx=b 有无穷多解的充要条件为( )

(A) aΩ, dΩa\notin\varOmega,\ d\notin\varOmega
(B) aΩ, dΩa\notin\varOmega,\ d\in\varOmega
(C) aΩ, dΩa\in\varOmega,\ d\notin\varOmega
(D) aΩ, dΩa\in\varOmega,\ d\in\varOmega

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线性方程组

答案:D。
解析A=(a1)(a2)|A|=(a-1)(a-2),需 a{1,2}a\in\{1,2\} 且增广矩阵同秩,要求 d{1,2}d\in\{1,2\}

6.二次型 ff 在正交变换 x=Pyx=Py 下标准形为 2y12+y22y322y_1^2+y_2^2-y_3^2P=(e1,e2,e3)P=(e_1,e_2,e_3),若 Q=(e1,e3,e2)Q=(e_1,-e_3,e_2),则标准形为( )

(A) 2y12y22+y322y_1^2-y_2^2+y_3^2
(B) 2y12+y22y322y_1^2+y_2^2-y_3^2
(C) 2y12y22y322y_1^2-y_2^2-y_3^2
(D) 2y12+y22+y322y_1^2+y_2^2+y_3^2

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二次型

答案:A。
解析Q=P(100001010)Q=P\begin{pmatrix}1&0&0\\0&0&1\\0&-1&0\end{pmatrix},交换并变号对应特征值置换。

7.若 A,BA,B 为任意随机事件,则( )

(A) P(AB)P(A)+P(B)2P(AB)\le \dfrac{P(A)+P(B)}{2}
(B) P(AB)P(A)+P(B)2P(AB)\ge \dfrac{P(A)+P(B)}{2}
(C) P(AB)P(A)P(B)P(AB)\le \sqrt{P(A)P(B)}
(D) P(AB)P(A)P(B)P(AB)\ge \sqrt{P(A)P(B)}

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概率不等式

答案:C。
解析P(AB)min{P(A),P(B)}P(A)P(B)P(AB)\le \min\{P(A),P(B)\}\le \sqrt{P(A)P(B)}

8.X,YX,Y 不相关,E(X)=2,E(Y)=1,D(X)=3E(X)=2,E(Y)=1,D(X)=3,则 E[X(X+Y2)]=E[X(X+Y-2)]=( )

(A) -3 (B) 3 (C) -5 (D) 5

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期望

答案:D。
解析E(X2)=D(X)+E(X)2=7E(X^2)=D(X)+E(X)^2=7E(XY)=E(X)E(Y)=2E(XY)=E(X)E(Y)=2,代入得 5。

二、填空题

二、填空题:9~14 小题,每小题 4 分,共 24 分。

9.limx0ln(cosx)x2=\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{\ln(\cos x)}{x^2}= ______

参考答案 (1 个标签)
极限

答案12-\dfrac{1}{2}
解析:洛必达或等价无穷小,ln(cosx)x22\ln(\cos x)\sim -\tfrac{x^2}{2}

10.π/2π/2(sinx1+cosx+x)dx=\displaystyle \int_{-\pi/2}^{\pi/2}\left(\frac{\sin x}{1+\cos x}+|x|\right)dx= ______

参考答案 (1 个标签)
定积分

答案π24\dfrac{\pi^2}{4}
解析:奇偶分解,sinx1+cosx=0\int \frac{\sin x}{1+\cos x}=0,其余为偶函数积分。

11.若 z(x,y)z(x,y)ez+xyz+x+cosx=2e^z+xyz+x+\cos x=2 确定,则 dz(0,1)=dz\big|_{(0,1)}= ______

参考答案 (1 个标签)
全微分

答案dx-dx
解析:隐函数求偏导,(x,y,z)=(0,1,0)(x,y,z)=(0,1,0)zx=1, zy=0z_x=-1,\ z_y=0

12.Ω(x+2y+3z)dV=\displaystyle \iiint_{\Omega}(x+2y+3z)\,dV= ______,其中 Ω\Omegax+y+z=1x+y+z=1 与三坐标平面围成。

参考答案 (1 个标签)
三重积分

答案14\dfrac{1}{4}
解析:对称性 x=y=z=1/24\int x=\int y=\int z=1/24,乘系数求和。

13.nn 阶行列式 λ1111λ1111λ1=\begin{vmatrix}\lambda-1&-1&\cdots&-1\\-1&\lambda-1&\cdots&-1\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\-1&-1&\cdots&\lambda-1\end{vmatrix}= ______

参考答案 (1 个标签)
行列式

答案(λn)λn1(\lambda-n)\lambda^{n-1}
解析:列相加化简,提取 (λn)(\lambda-n),余下主对角为 λ\lambda

14.设 (X,Y)N((1,0),(1001))(X,Y)\sim N\big((1,0),\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}\big),求 P{XYY<0}=P\{XY-Y<0\}= ______

参考答案 (1 个标签)
正态分布

答案12\dfrac{1}{2}
解析XYY=(X1)YXY-Y=(X-1)Y,独立正态,分象限概率各 14\tfrac14,和为 12\tfrac12

三、解答题

三、解答题:15~23 小题,共 94 分。

15.设 f(x)=x+aln(1+x)+bxsinxf(x)=x + a\ln(1 + x)+bx\sin xg(x)=kx3g(x)=kx^3,若 x0x\to0f(x)f(x)g(x)g(x) 等价无穷小,求 a,b,ka,b,k

参考答案 (2 个标签)
泰勒展开 等价无穷小

答案a=1, b=12, k=13a=-1,\ b=-\tfrac{1}{2},\ k=-\tfrac{1}{3}
解析:展开 ln(1+x)=xx22+x33\ln(1+x)=x-\tfrac{x^2}{2}+\tfrac{x^3}{3}sinx=xx36\sin x=x-\tfrac{x^3}{6},代入 f(x)f(x),令 x,x2x,x^2 项系数为 0,x3x^3 项系数为 kk,解方程组得结果。

16.设 f(x)>0f'(x)>0,对任意 x0x_0,曲线 y=f(x)y=f(x)(x0,f(x0))(x_0,f(x_0)) 的切线与直线 x=x0x=x_0xx 轴围成区域面积恒为 4,且 f(0)=2f(0)=2,求 f(x)f(x)

参考答案 (2 个标签)
微分方程 几何面积

答案f(x)=4x+2f(x)=\dfrac{4}{x+2}
解析:切线与 xx 轴交点距为 f(x0)f(x0)\tfrac{f(x_0)}{f'(x_0)},面积 12f2(x0)f(x0)=4\tfrac{1}{2}\tfrac{f^2(x_0)}{f'(x_0)}=4,得 f(x)=f2(x)8f'(x)=\tfrac{f^2(x)}{8},分离变量积分并用 f(0)=2f(0)=2 定常数。

17.区域 DDy=1x2y=\sqrt{1-x^2}0x10\le x\le1)与坐标轴围成,求 Dx2dxdy\iint_D x^2\,dx\,dy

参考答案 (2 个标签)
极坐标 二重积分

答案π16\dfrac{\pi}{16}
解析:四分之一单位圆,极坐标 0r1,0θπ20\le r\le1,0\le\theta\le\tfrac{\pi}{2},积分为 0π/2cos2θdθ01r3dr=π414\int_0^{\pi/2}\cos^2\theta\,d\theta\int_0^1 r^3\,dr=\tfrac{\pi}{4}\cdot\tfrac{1}{4}

18.(I) 设 u,vu,v 可导,利用导数定义证明 (uv)=uv+uv(uv)'=u'v+uv';(II) 设 f(x)=i=1nui(x)f(x)=\prod_{i=1}^n u_i(x),写出 f(x)f'(x)

参考答案 (2 个标签)
导数 乘积法则

答案
(I) 由定义拆分极限,利用可导即连续得 (uv)=uv+uv(uv)'=u'v+uv'
(II) f(x)=k=1nu1ukunf'(x)=\sum_{k=1}^n u_1\cdots u_k'\cdots u_n
解析:按极限定义展开差商,归纳推广到 nn 个乘积。

19.数列 a1=1a_1=1an+1=an+1ana_{n+1}=a_n+\dfrac{1}{a_n}。证明: (I) limnan\lim_{n\to\infty}a_n 存在; (II) n=11an2\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{a_n^2} 收敛。

参考答案 (2 个标签)
数列极限 级数收敛

答案:极限存在,级数收敛。
解析an>0a_n>0 且单调增;由 an+12=an2+2+1an2an2+3a_{n+1}^2=a_n^2+2+\tfrac{1}{a_n^2}\le a_n^2+3 得上界 3n\sqrt{3n},单调有界极限存在。又 1an2an+12an22\tfrac{1}{a_n^2}\le \tfrac{a_{n+1}^2-a_n^2}{2},部分和被有界差所控,故收敛。

20.α1=(1,0,1)T, α2=(0,1,1)T, α3=(1,3,5)T\alpha_1=(1,0,1)^T,\ \alpha_2=(0,1,1)^T,\ \alpha_3=(1,3,5)^T 不能由 β1=(1,1,1)T, β2=(1,2,3)T, β3=(3,4,a)T\beta_1=(1,1,1)^T,\ \beta_2=(1,2,3)^T,\ \beta_3=(3,4,a)^T 线性表示。(I) 求 aa;(II) 将 βi\beta_iαi\alpha_i 表示。

参考答案 (2 个标签)
线性相关 向量表示

答案a=5a=5β1=2α1+4α2α3\beta_1=2\alpha_1+4\alpha_2-\alpha_3β2=α1+2α2\beta_2=\alpha_1+2\alpha_2β3=5α1+10α22α3\beta_3=5\alpha_1+10\alpha_2-2\alpha_3
解析α\alpha 组行列式非零,故要求 β\beta 组相关:行列式 a5=0a-5=0。解 (α1,α2,α3)X=(β1,β2,β3)(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3)X=(\beta_1,\beta_2,\beta_3) 得系数。

21.矩阵 A=(023133124)A=\begin{pmatrix}0&2&-3\\-1&3&-3\\1&-2&4\end{pmatrix},求特征值、特征向量,并取可逆 PP 使 P1APP^{-1}AP 对角化。

参考答案 (2 个标签)
特征值 对角化

答案:特征值 1,2,31,2,3;特征向量可取 ξ1=(1,1,1)T, ξ2=(2,1,0)T, ξ3=(3,1,1)T\xi_1=(1,1,1)^T,\ \xi_2=(2,1,0)^T,\ \xi_3=(3,1,-1)^TP=(ξ1,ξ2,ξ3)P=(\xi_1,\xi_2,\xi_3),则 P1AP=diag(1,2,3)P^{-1}AP=\operatorname{diag}(1,2,3)
解析:特征多项式 (λ1)(λ2)(λ3)(\lambda-1)(\lambda-2)(\lambda-3),逐一求解特征向量并组为 PP

22.XX 的密度 f(x)={2xln2,x>00,x0f(x)=\begin{cases}2^{-x}\ln2,&x>0\\0,&x\le0\end{cases}。独立观测直到第 2 个 X>3X>3 出现,记总次数 YY。(I) 求 YY 分布;(II) 求 E(Y)E(Y)

参考答案 (2 个标签)
负二项分布 数学期望

答案:(I) P{Y=k}=Ck11(ln2)2(1ln2)k2P\{Y=k\}=C_{k-1}^1(\ln2)^2(1-\ln2)^{k-2}k2k\ge2;(II) E(Y)=2ln2E(Y)=\dfrac{2}{\ln2}
解析:单次成功概率取 p=ln2p=\ln2(按题设给定形式),第 2 次成功的负二项分布:P{Y=k}=Ck11p2(1p)k2P\{Y=k\}=C_{k-1}^1p^2(1-p)^{k-2};期望 E(Y)=2pE(Y)=\dfrac{2}{p}

23.总体 XN(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2),样本 X,S2\overline{X},S^2 如题,T=X21nS2T=\overline{X}^2-\dfrac{1}{n}S^2。(I) 证明 TTμ2\mu^2 的无偏估计;(II) 当 μ=0,σ2=1\mu=0,\sigma^2=1 时求 D(T)D(T)

参考答案 (2 个标签)
无偏估计 方差

答案: (I) E(T)=μ2E(T)=\mu^2; (II) D(T)=2n(n1)D(T)=\dfrac{2}{n(n-1)}
解析E(X2)=σ2n+μ2E(\overline{X}^2)=\tfrac{\sigma^2}{n}+\mu^2E(S2)=σ2E(S^2)=\sigma^2,代入得无偏。μ=0,σ2=1\mu=0,\sigma^2=1XS2\overline{X}\perp S^2X2\overline{X}^2 方差为 2n2\tfrac{2}{n^2}S2S^2 方差为 2n1\tfrac{2}{n-1},叠加得 D(T)D(T)

本文出现的符号

符号类型读音/说明在本文中的含义
π\pi希腊字母Pi(派)圆的周长与直径之比,用于弧度与面积计算
θ\theta希腊字母Theta(西塔)极坐标角度变量
Ω\Omega数学符号大写欧米伽积分/几何区域
rr数学符号r极坐标径向变量

中英对照

中文术语英文术语音标说明
拐点inflection point/ɪnˈflɛkʃən pɔɪnt/曲线凹凸性改变的点
极坐标polar coordinates/ˈpoʊlər koʊˈɔːrdənət/以径向与角度描述平面点的位置
行列式determinant/dɪˈtɜːrmɪnənt/矩阵的标量特征,判定可逆性等
期望expectation/ˌɛkspɛkˈteɪʃən/随机变量的均值
方差variance/ˈvɛəriəns/衡量随机变量离散程度

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