2017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.若函数 f(x)={1cosxax,x>0b,x0f(x)=\begin{cases}\dfrac{1-\cos x}{ax},&x>0\\[4pt] b,&x\le0\end{cases}x=0x=0 处连续,则( )

(A) ab=12ab=\dfrac{1}{2}
(B) ab=12ab=-\dfrac{1}{2}
(C) ab=0ab=0
(D) ab=1ab=1

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连续性

答案:A。
解析limx0+1cosxax=12a=b\lim\limits_{x\to0^+}\dfrac{1-\cos x}{ax}=\dfrac{1}{2a}=b,故 ab=12ab=\tfrac12

2.设函数 f(x)f(x) 可导,且 f(x)f(x)>0f(x)f'(x)>0,则( )

(A) f(1)>f(1)f(1)>f(-1)
(B) f(1)<f(1)f(1)<f(-1)
(C) f(1)>f(1)|f(1)|>|f(-1)|
(D) f(1)<f(1)|f(1)|<|f(-1)|

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单调性

答案:C。
解析g(x)=f2(x)g(x)=f^2(x)g(x)=2f(x)f(x)>0g'(x)=2f(x)f'(x)>0,故 gg 递增,得 f2(1)>f2(1)f^2(1)>f^2(-1)

3.函数 f(x,y,z)=x2y+z2f(x,y,z)=x^2y+z^2 在点 (1,2,0)(1,2,0) 处沿向量 n=(1,2,2)n=(1,2,2) 的方向导数为( )

(A) 12 (B) 6 (C) 4 (D) 2

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方向导数

答案:D。
解析f(1,2,0)=(4,1,0)\nabla f(1,2,0)=(4,1,0),单位向量 (1,2,2)3\frac{(1,2,2)}{3},点乘得 22

4.甲乙赛跑,计时开始时甲领先 10 m,实线为甲速度曲线 v1(t)v_1(t),虚线为乙速度曲线 v2(t)v_2(t),三块阴影面积依次为 10、20、3,乙追上甲的时刻 t0t_0 在( )

(A) (0,10)(0,10) (B) (10,25)(10,25) (C) (25,30)(25,30) (D) t0=25t_0=25

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定积分应用

答案:B。
解析:位移差 10+0t(v1v2)dt10+\int_0^t(v_1-v_2)dt,前 25 s 内乙多跑距离超过 10 m,追及发生于 (10,25)(10,25)

5.设 α\alphann 维单位列向量,EEnn 阶单位矩阵,则( )

(A) EααTE-\alpha\alpha^T 不可逆
(B) E+ααTE+\alpha\alpha^T 不可逆
(C) E2ααTE-2\alpha\alpha^T 不可逆
(D) E+2ααTE+2\alpha\alpha^T 不可逆

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矩阵

答案:A。
解析(EααT)α=0(E-\alpha\alpha^T)\alpha=0,有非零解,行列式为 0,不可逆。

6.设 A=(200021001)A=\begin{pmatrix}2&0&0\\0&2&1\\0&0&1\end{pmatrix}B=(210020001)B=\begin{pmatrix}2&1&0\\0&2&0\\0&0&1\end{pmatrix}C=(100020002)C=\begin{pmatrix}1&0&0\\0&2&0\\0&0&2\end{pmatrix},则( )

(A) A 与 C 相似,B 与 C 相似
(B) A 与 C 相似,B 与 C 不相似
(C) A 与 C 不相似,B 与 C 相似
(D) A 与 C 不相似,B 与 C 不相似

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矩阵相似

答案:B。
解析:A、C 同特征值且可对角化,B 特征值 2 的特征子空间维数为 1 不可对角化。

7.设 A,BA,B 为随机事件,P(A)>0,P(B)>0P(A)>0,P(B)>0,则 P(AB)=P(A)P(A\mid B)=P(A) 的充要条件是( )

(A) P(BA)=P(B)P(B\mid A)=P(B)
(B) P(AB)=P(A)P(A\mid \overline{B})=P(A)
(C) P(BA)=P(B)P(B\mid \overline{A})=P(B)
(D) P(AB)=P(A)P(A\mid \overline{B})=P(\overline{A})

参考答案 (1 个标签)
独立性

答案:A。
解析P(AB)=P(A)P(A\mid B)=P(A) 等价于 A,BA,B 独立,亦等价于 P(BA)=P(B)P(B\mid A)=P(B)

8.设 X1,,Xn (n2)X_1,\dots,X_n\ (n\ge2) 为来自 N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2) 的样本,X=1nXi\overline{X}=\frac{1}{n}\sum X_i,下列结论中不正确的是( )

(A) i=1n(Xiμ)2σ2χ2(n)\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{(X_i-\mu)^2}{\sigma^2}\sim\chi^2(n)
(B) i=1n(XiX)2σ2χ2(n)\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{(X_i-\overline{X})^2}{\sigma^2}\sim\chi^2(n)
(C) (n1)S2σ2χ2(n1)\dfrac{(n-1)S^2}{\sigma^2}\sim\chi^2(n-1)
(D) n(Xμ)St(n1)\dfrac{\sqrt{n}(\overline{X}-\mu)}{S}\sim t(n-1)

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抽样分布

答案:B。
解析(XiX)2σ2χ2(n1)\sum\frac{(X_i-\overline{X})^2}{\sigma^2}\sim\chi^2(n-1),其余结论正确。

二、填空题

二、填空题:9~13 小题,每小题 4 分,共 20 分。

9.已知函数 f(x)=11+x2f(x)=\dfrac{1}{1+x^2},则 f(3)(0)=f^{(3)}(0)= ______

参考答案 (1 个标签)
高阶导

答案:0。
解析:幂级数展开无 x3x^3 项,系数为 0。

10.微分方程 y+2y+5y=0y''+2y'+5y=0 的通解为 ______

参考答案 (1 个标签)
常微分方程

答案y=ex(C1cos2x+C2sin2x)y=e^{-x}(C_1\cos2x+C_2\sin2x)
解析:特征根 1±2i-1\pm2i,套用共轭复根通解。

11.若曲线积分 Lxdyaydxx2+y2\displaystyle \int_L \dfrac{x\,dy-a y\,dx}{x^2+y^2} 在区域 D={(x,y)x2+y2>0}D=\{(x,y)\mid x^2+y^2>0\} 内与路径无关,则 a=a= ______

参考答案 (1 个标签)
路径无关

答案1-1
解析P=ayx2+y2, Q=xx2+y2P=-\dfrac{a y}{x^2+y^2},\ Q=\dfrac{x}{x^2+y^2},令 Py=QxP_y=Q_x 解得 a=1a=-1

12.幂级数 n=0(1)nx2n+1(2n+1)(2n+1)!\displaystyle \sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)(2n+1)!} 的和函数为 ______

参考答案 (1 个标签)
幂级数

答案sinxx\displaystyle \frac{\sin x}{x}x0x\ne0x=0x=0 时为 1)。
解析:对已知级数求导得 sinxx\frac{\sin x}{x},积分常数由 x=0x=0 确定。

13.设矩阵 A=(121131141)A=\begin{pmatrix}1&2&1\\1&3&1\\1&4&1\end{pmatrix}α1,α2,α3\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3 为线性无关列向量组,则向量组 Aα1,Aα2,Aα3A\alpha_1,A\alpha_2,A\alpha_3 的秩为 ______

参考答案 (1 个标签)
矩阵秩

答案:2。
解析r(Aα1,α2,α3)=r(A)=2r(A\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3)=r(A)=2

14.设随机变量 XX 的分布函数为 F(x)=0.5Φ(x)+0.5Φ ⁣(x42)F(x)=0.5\,\Phi(x)+0.5\,\Phi\!\left(\dfrac{x-4}{2}\right),其中 Φ(x)\Phi(x) 为标准正态分布函数,则 E(X)=E(X)= ______

参考答案 (2 个标签)
期望 混合分布

答案:2。
解析:混合分布期望为混合权重乘期望,E(X)=0.50+0.54=2E(X)=0.5\cdot0+0.5\cdot4=2

三、解答题

三、解答题:15~23 小题,共 94 分。

15.设函数 z=f(x,y)z=f(x,y) 具有二阶连续偏导,x=eucosv, y=eusinvx=e^u\cos v,\ y=e^u\sin v,求 zu\dfrac{\partial z}{\partial u}2zuv\dfrac{\partial^2 z}{\partial u\,\partial v}

参考答案 (1 个标签)
多元微分

答案zu=eu(cosvfx+sinvfy)\displaystyle z_u=e^u(\cos v\,f_x+\sin v\,f_y)
zuv=e2u(cosvsinvfxx+cos2vfxysin2vfyxcosvsinvfyy)+eu(cosvfysinvfx)\displaystyle z_{uv}=e^{2u}\big(\cos v\sin v\,f_{xx}+\cos^2 v\,f_{xy}-\sin^2 v\,f_{yx}-\cos v\sin v\,f_{yy}\big)+e^u(\cos v\,f_y-\sin v\,f_x)
解析要点:链式法则先求 zuz_u,再对 vv 求偏导并代入 xv=eusinv, yv=eucosvx_v=-e^u\sin v,\ y_v=e^u\cos v

16.求极限 limx01x2(1+cosx2)x\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{1}{x^2}\left(\frac{1+\cos x}{2}\right)^x

参考答案 (1 个标签)
极限

答案e1/12e^{-1/12}
解析要点:取对数,泰勒展开 cosx\cos xx4x^4 项,ln(1+cosx2)=x24x432+o(x4)\ln\left(\frac{1+\cos x}{2}\right)=-\frac{x^2}{4}-\frac{x^4}{32}+o(x^4),故极限指数为 1/12-1/12

17.方程 x3+y33x+3y2=0x^3+y^3-3x+3y-2=0 确定的函数 y(x)y(x),求其极值。

参考答案 (2 个标签)
隐函数 极值

答案:极大值 11,极小值 00
解析要点:隐式求导得 y=1x2y2+1y'=\dfrac{1-x^2}{y^2+1},解 y=0y'=0x=±1x=\pm1,代入原方程得 (1,1)(1,1)(1,0)(-1,0),进一步求 yy'' 判别极值。

18.设 f(x)f(x)[0,1][0,1] 上二阶可导,f(0)=0, limx0+f(x)x=1f(0)=0,\ \lim_{x\to0^+}\dfrac{f(x)}{x}=1。证明:
(1)f(x)=0f(x)=0(0,1)(0,1) 内至少有一实根;
(2)f(x)f(x)+(f(x))2=0f(x)f''(x)+(f'(x))^2=0(0,1)(0,1) 内至少有两个不同实根。

参考答案 (1 个标签)
罗尔定理

答案要点
(1)f(0)=1>0f'(0)=1>0,在近零处增大,结合连续性与可能的负值,介值定理得一零点;
(2)设 g(x)=f(x)f(x)g(x)=f(x)f'(x),由(1)得 gg 在两点为 0,且存在一点 f(x)=0f'(x)=0,罗尔定理应用两次得至少两个根使 g=0g'=0

19.薄片 SS 为圆锥面 z=x2+y2z=\sqrt{x^2+y^2} 被柱面 z2=2xz^2=2x 割下的有限部分,密度 μ=9\mu=9。记交线为 CC
(1)求 CCxOyxOy 面的投影方程;
(2)求 SS 的质量 MM

参考答案 (2 个标签)
曲面积分 质心质量

答案
(1)投影:(x1)2+y2=1, z=0(x-1)^2+y^2=1,\ z=0
(2)M=18πM=18\pi
解析要点:交线由 z2=2xz^2=2xz2=x2+y2z^2=x^2+y^2(x1)2+y2=1(x-1)^2+y^2=1;圆锥面面积元系数 2\sqrt{2},面积 π\pi,质量 922π9\cdot\sqrt{2}\cdot\sqrt{2}\pi

20.设三阶矩阵 A=(α1,α2,α3)A=(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3) 有三个不同特征值,且 α3=α1+2α2\alpha_3=\alpha_1+2\alpha_2
(1)证明 r(A)=2r(A)=2
(2)若 β=α1+α2+α3\beta=\alpha_1+\alpha_2+\alpha_3,求方程组 Ax=βAx=\beta 的通解。

参考答案 (2 个标签)
矩阵秩 线性方程组

答案
(1)α1,α2,α3\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3 相关,A=0|A|=0,且仅一个特征值为 0,故秩 2;
(2)特解 (12,12,0)T(\tfrac12,\tfrac12,0)^T,通解 x=(12,12,0)T+k(1,2,1)Tx=(\tfrac12,\tfrac12,0)^T+k(1,2,-1)^T
解析要点:由关系得零空间一维,求特解后加基础解系。

21.二次型 f(x1,x2,x3)=2x12+3x22+3x32+4x2x3f(x_1,x_2,x_3)=2x_1^2+3x_2^2+3x_3^2+4x_2x_3 在正交变换 x=Qyx=Qy 下标准型为 2y12+y22+5y322y_1^2+y_2^2+5y_3^2,求一个正交矩阵 QQ

参考答案 (2 个标签)
二次型 正交对角化

答案:可取 Q=(0101201212012)Q=\begin{pmatrix}0&1&0\\ \tfrac{1}{\sqrt{2}}&0&\tfrac{1}{\sqrt{2}}\\ -\tfrac{1}{\sqrt{2}}&0&\tfrac{1}{\sqrt{2}}\end{pmatrix}
解析要点:矩阵 A=(200032023)A=\begin{pmatrix}2&0&0\\0&3&2\\0&2&3\end{pmatrix} 特征值 2,1,52,1,5,对应单位特征向量组成 QQ

22.设 X,YX,Y 独立,P{X=0}=P{X=2}=12P\{X=0\}=P\{X=2\}=\tfrac12YY 密度 fY(y)={12,0y20,其他f_Y(y)=\begin{cases}\tfrac12,&0\le y\le2\\0,&\text{其他}\end{cases}
(1)求 P{YE(Y)}P\{Y\le E(Y)\};(2)求 Z=X+YZ=X+Y 的概率密度。

参考答案 (1 个标签)
随机变量

答案
(1)12\dfrac{1}{2}(题干给出的答案 19\tfrac{1}{9} 与所给密度不符,按给定密度 E(Y)=1E(Y)=1,概率为 1/21/2);
(2)fZ(z)={z4,0z<212,2z<44z4,4z60,其他f_Z(z)=\begin{cases}\dfrac{z}{4},&0\le z<2\\[4pt]\dfrac{1}{2},&2\le z<4\\[4pt]\dfrac{4-z}{4},&4\le z\le6\\0,&\text{其他}\end{cases}
解析要点E(Y)=0212ydy=1E(Y)=\int_0^2 \tfrac12 y\,dy=1P(Y1)=12P(Y\le1)=\tfrac12。分布函数法:FZ(z)=12FY(z)+12FY(z2)F_Z(z)=\tfrac12 F_Y(z)+\tfrac12 F_Y(z-2),分段求导得密度如上。

23.设 XiN(μ,σ2)X_i\sim N(\mu,\sigma^2) 独立,记录 Yi=XiμY_i=|X_i-\mu|
(1)求 Y1Y_1 的密度;(2)用一阶矩求 σ\sigma 的矩估计;(3)求 σ\sigma 的最大似然估计。

参考答案 (2 个标签)
抽样分布 估计量

答案
(1)fY(y)={22πσey2/(2σ2),y>00,y0f_Y(y)=\begin{cases}\dfrac{2}{\sqrt{2\pi}\,\sigma}e^{-y^2/(2\sigma^2)},&y>0\\0,&y\le0\end{cases}
(2)矩估计 σ^=π21ni=1nYi\hat\sigma=\sqrt{\dfrac{\pi}{2}}\cdot\dfrac{1}{n}\sum_{i=1}^n Y_i
(3)极大似然估计 σ^=1ni=1nYi2\hat\sigma=\sqrt{\dfrac{1}{n}\sum_{i=1}^n Y_i^2}
解析要点Y=XμY=|X-\mu| 的分布由对称性得,E(Y)=σ2/πE(Y)=\sigma\sqrt{2/\pi};似然函数对 σ\sigma 求导得 MLE。

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