2018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.下列函数中,在 x=0x=0 处不可导的是( )

(A) f(x)=xsinxf(x)=x\sin|x|
(B) f(x)=xsinxf(x)=x\sin x
(C) f(x)=cosxf(x)=\cos|x|
(D) f(x)=cosxf(x)=\cos\sqrt{|x|}

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可导性

答案:D。
解析:左导与右导不等;其余在 0 处左右导相等,可导。

2.过点 (1,0,0)(1,0,0)(0,1,0)(0,1,0),且与曲面 z=x2+y2z=x^2+y^2 相切的平面为( )

(A) z=0z=0x+yz=1x+y-z=1
(B) z=0z=02x+2yz=22x+2y-z=2
(C) x=yx=yx+yz=1x+y-z=1
(D) x=yx=y2x+2yz=22x+2y-z=2

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切平面

答案:B。
解析:切点分别为 (0,0,0)(0,0,0)(1,1,2)(1,1,2),对应切平面 z=0z=02x+2yz=22x+2y-z=2

3.n=0(1)n232n(2n)!=\displaystyle \sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^n 2\cdot 3^{2n}}{(2n)!}=( )

(A) sin1cos1\sin1\cos1
(B) 2sin1cos12\sin1\cos1
(C) 2sin12cos12\sin1-2\cos1
(D) 2sin13cos12\sin1-3\cos1

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幂级数

答案:B。
解析:利用 cosx\cos x 展开,原式为 2cos3=2sin1cos12\cos 3=2\sin1\cos1

4.设 M=π/2π/2x21+exdxM=\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\dfrac{x^2}{1+e^x}dxN=π/2π/2(xsinx)2dxN=\int_{-\pi/2}^{\pi/2}(x\sin x)^2dxK=π/2π/2cosxdxK=\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos x\,dx,则( )

(A) M>N>KM>N>K
(B) M>K>NM>K>N
(C) K>M>NK>M>N
(D) K>N>MK>N>M

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定积分比较

答案:C。
解析K=2K=2,估算得 M1.23M\approx1.23,且 N<MN<M,故 K>M>NK>M>N

5.下列矩阵中与矩阵 (110011001)\begin{pmatrix}1&1&0\\0&1&1\\0&0&1\end{pmatrix} 相似的是( )

(A) (111011001)\begin{pmatrix}1&1&1\\0&1&1\\0&0&1\end{pmatrix}
(B) (101011001)\begin{pmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&1\end{pmatrix}
(C) (111010001)\begin{pmatrix}1&1&1\\0&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}
(D) (101010001)\begin{pmatrix}1&0&1\\0&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}

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矩阵相似

答案:A。
解析:题干矩阵 r(AE)=2r(A-E)=2,仅选项 A 满足相同 Jordan 结构。

6.设 A,BA,Bnn 阶矩阵,记 r(X)r(X) 为秩,(A,B)(A,B) 表示分块矩阵,则( )

(A) r(A,AB)=r(A)r(A,AB)=r(A)
(B) r(A,BA)=r(A)r(A,BA)=r(A)
(C) r(A,B)=max{r(A),r(B)}r(A,B)=\max\{r(A),r(B)\}
(D) r(A,B)=r(AT,BT)r(A,B)=r(A^T,B^T)

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矩阵秩

答案:A。
解析ABAB 列向量由 AA 列生成,故列等价,秩相同。

7.设随机变量 XX 的概率密度 f(x)f(x) 满足 f(1+x)=f(1x)f(1+x)=f(1-x),且 02f(x)dx=0.6\int_0^{2} f(x)dx=0.6,则 P{X<0}=P\{X<0\}=( )

(A) 0.2 (B) 0.3 (C) 0.4 (D) 0.5

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对称分布

答案:A。
解析:关于 x=1x=1 对称,P(X<0)=P(X>2)=10.62=0.2P(X<0)=P(X>2)=\dfrac{1-0.6}{2}=0.2

8.设总体 XN(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2),样本 X1,,XnX_1,\dots,X_n,检验 H0:μ=0, H1:μ0H_0:\mu=0,\ H_1:\mu\ne0,则( )

(A) 若在 α=0.05\alpha=0.05 下拒绝 H0H_0,则在 α=0.01\alpha=0.01 下必拒绝 H0H_0
(B) 若在 α=0.05\alpha=0.05 下拒绝 H0H_0,则在 α=0.01\alpha=0.01 下必接受 H0H_0
(C) 若在 α=0.05\alpha=0.05 下接受 H0H_0,则在 α=0.01\alpha=0.01 下必拒绝 H0H_0
(D) 若在 α=0.05\alpha=0.05 下接受 H0H_0,则在 α=0.01\alpha=0.01 下必接受 H0H_0

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假设检验

答案:D。
解析:显著性水平越小拒绝域越窄,较大水平的接受域包含较小水平的接受域。

二、填空题

二、填空题:9~12 小题,每小题 4 分,共 16 分。

9.若 limx0(1+tanx1+sinx) ⁣1/x3=ek\lim_{x\to0}\left(\dfrac{1+\tan x}{1+\sin x}\right)^{\!1/x^3}=e^k,则 k=k= ______

参考答案 (1 个标签)
极限

答案12\dfrac{1}{2}
解析tanxsinxx32\tan x-\sin x\sim \dfrac{x^3}{2},取对数化简得 k=12k=\tfrac12

10.设函数 f(x)f(x) 具有二阶连续导数,曲线 y=f(x)y=f(x)(0,0)(0,0) 且与 y=2xy=2^x(1,2)(1,2) 相切,则 01xf(x)dx=\displaystyle \int_0^1 x f''(x)\,dx= ______

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分部积分

答案22ln22-2\ln 2
解析:由条件得 f(0)=0, f(1)=2, f(1)=2ln2f(0)=0,\ f(1)=2,\ f'(1)=2\ln2,分部积分求值。

11.设 F(x,y,z)=xyi+yzj+zxkF(x,y,z)=xy\,\mathbf{i}+yz\,\mathbf{j}+zx\,\mathbf{k},则 rotF(1,1,0)=\operatorname{rot}F\big|_{(1,1,0)}= ______

参考答案 (1 个标签)
向量分析

答案(1,1,0)(-1,1,0)
解析×F=(z,x,y)\nabla\times F=(z,x,y),在 (1,1,0)(1,1,0) 处为 (1,1,0)(-1,1,0)

12.设 LL 为球面 x2+y2+z2=1x^2+y^2+z^2=1 与平面 x+y+z=0x+y+z=0 的交线,则 Lxyds=\displaystyle \oint_L xy\,ds= ______

参考答案 (1 个标签)
曲线积分

答案π6-\dfrac{\pi}{6}
解析:利用对称性与参数化计算,积分为负 π/6\pi/6

13.设二阶矩阵 AA 有两个不同的特征值,α1,α2\alpha_1,\alpha_2AA 的线性无关特征向量,且满足 A(α1+α2)=α2A(\alpha_1+\alpha_2)=\alpha_2,则 A=|A|= ______

参考答案 (1 个标签)
特征值

答案1-1
解析:由 A(α1+α2)=α2A(\alpha_1+\alpha_2)=\alpha_2 与特征向量线性无关,可推得特征值为 001-1,行列式为两特征值乘积。

14.设随机事件 A,B,CA,B,C 相互独立,P(A)=P(B)=12P(A)=P(B)=\dfrac{1}{2}P(ABC)=78P(AB\cup C)=\dfrac{7}{8},则 P(C)=P(C)= ______

参考答案 (1 个标签)
概率

答案14\dfrac{1}{4}
解析P(AB)=14P(AB)=\tfrac14P(ABC)=P(AB)+P(C)P(ABC)=14+p14p=78P(AB\cup C)=P(AB)+P(C)-P(ABC)=\tfrac14+p-\tfrac14p=\tfrac78,解得 p=14p=\tfrac14

三、解答题

三、解答题:15~23 小题,共 94 分。

15.(本题满分 10 分)求不定积分 e2xarctanex1ex1dx\displaystyle \int \frac{e^{2x}\arctan\sqrt{e^x-1}}{e^x-1}dx

参考答案 (1 个标签)
不定积分

答案(ex+1)arctanex1ex1+C(e^x+1)\arctan\sqrt{e^x-1}-\sqrt{e^x-1}+C
解析要点:令 t=ex1t=\sqrt{e^x-1},化为 2(t+1t)arctantdt2\int\left(t+\dfrac{1}{t}\right)\arctan t\,dt,分部积分后还原。

16.(本题满分 10 分)将长为 2l2l 的铁丝分成三段,依次围成圆、正方形与正三角形,三个图形的面积之和是否存在最小值?若存在,求最小值。

参考答案 (1 个标签)
最优化

答案:存在,最小值为 l21π+14+39\displaystyle \frac{l^2}{\tfrac{1}{\pi}+\tfrac{1}{4}+\tfrac{\sqrt{3}}{9}}
解析要点:设周长分配 2πr,4a,3b2\pi r,4a,3b,约束 2πr+4a+3b=2l2\pi r+4a+3b=2l,面积 S=πr2+a2+34b2S=\pi r^2+a^2+\tfrac{\sqrt{3}}{4}b^2,拉格朗日法求驻点得极小值。

17.(本题满分 10 分)设 Σ\varSigma 是曲面 z=x2+y2z=x^2+y^2z1z\le1)的前侧,计算曲面积分 I=Σ(x1)3dydz+(y1)3dzdx+(z1)dxdyI=\iint_{\varSigma}(x-1)^3\,dy\,dz+(y-1)^3\,dz\,dx+(z-1)\,dx\,dy

参考答案 (1 个标签)
曲面积分

答案4π-4\pi
解析要点:与平面 z=1z=1 封闭后用散度定理,计算体积分并扣除顶盖贡献,得 I=4πI=-4\pi

18.(本题满分 10 分)已知微分方程 y2y+y=f(x)y''-2y'+y=f(x)
(I)若 f(x)=xf(x)=x,求方程的通解;
(II)若 f(x)f(x) 周期为 TT,证明方程存在唯一的以 TT 为周期的解。

参考答案 (1 个标签)
常微分方程

答案
(I)y=(C1+C2x)ex+x+2y=(C_1+C_2 x)e^x+x+2
(II)齐次解 (C1+C2x)ex(C_1+C_2 x)e^x 非周期,故周期解唯一。
解析要点:特解取 ax+bax+b;周期解唯一性由齐次解非周期性推出。

19.(本题满分 10 分)数列 {xn}\{x_n\} 满足 x1>0, xnexn+1=exn1x_1>0,\ x_n e^{x_{n+1}}=e^{x_n}-1
(1)证明 {xn}\{x_n\} 收敛,并求极限;
(2)计算 limnnxn\displaystyle \lim_{n\to\infty} n x_n

参考答案 (1 个标签)
数列极限

答案:收敛到 00limnnxn=2\displaystyle \lim_{n\to\infty} n x_n=2
解析要点:递推式表明单调递减有下界,极限解 aea=ea1ae^a=e^a-1a=0a=0;用泰勒展开和 Stolz 定理求二次极限得 2。

20.(本题满分 11 分)设实二次型 f(x1,x2,x3)=(x1x2+x3)2+(x2+x3)2+(x1+ax3)2f(x_1,x_2,x_3)=(x_1-x_2+x_3)^2+(x_2+x_3)^2+(x_1+ax_3)^2aa 为参数。
(I)求 f(x1,x2,x3)=0f(x_1,x_2,x_3)=0 的解;
(II)求 f(x1,x2,x3)f(x_1,x_2,x_3) 的规范型。

参考答案 (1 个标签)
二次型

答案
(I)a2a\ne2 时唯一解 (0,0,0)T(0,0,0)^Ta=2a=2 时解为 k(1,1,1)Tk(1,1,-1)^T
(II)a2a\ne2 时正定,规范型 y12+y22+y32y_1^2+y_2^2+y_3^2a=2a=2 时秩 2,规范型 y12+y22y_1^2+y_2^2
解析要点:方程组求零空间,惯性指数由秩判定。

21.(本题满分 11 分)已知 aa 是常数,矩阵 A=(12113114a)A=\begin{pmatrix}1&2&1\\1&3&1\\1&4&a\end{pmatrix} 可经初等列变换化为 B=(11101200a2)B=\begin{pmatrix}1&1&1\\0&1&2\\0&0&a-2\end{pmatrix}
(I)求 aa;(II)求满足 AP=BAP=B 的可逆矩阵 PP

参考答案 (1 个标签)
初等变换

答案a=2a=2P=(211111001)P=\begin{pmatrix}2&-1&1\\-1&1&1\\0&0&1\end{pmatrix}
解析要点:行列式 A=a2|A|=a-2 与秩对比得 a=2a=2;追踪列变换构造 PP

22.(本题满分 10 分)设 X,YX,Y 独立,P(X=1)=P(X=1)=12P(X=1)=P(X=-1)=\tfrac12YPoisson(λ)Y\sim \text{Poisson}(\lambda),令 Z=XYZ=XY
(I)求 Cov(X,Z)\operatorname{Cov}(X,Z)
(II)求 ZZ 的概率分布。

参考答案 (1 个标签)
随机变量

答案
(I)Cov(X,Z)=λ\operatorname{Cov}(X,Z)=\lambda
(II)P(Z=0)=eλP(Z=0)=e^{-\lambda}k0k\ne0P(Z=k)=λkeλ2k!P(Z=k)=\dfrac{\lambda^{|k|}e^{-\lambda}}{2|k|!}k=±1,±2,k=\pm1,\pm2,\dots
解析要点E[X]=0E[X]=0E[X2Y]=E[Y]=λE[X^2Y]=E[Y]=\lambda;分布由符号翻转对称得到。

23.(本题满分 11 分)设总体 XX 的概率密度 f(x;σ)={1σex/σ,x>00,x0f(x;\sigma)=\begin{cases}\dfrac{1}{\sigma}e^{-x/\sigma}, & x>0\\[4pt]0, & x\le0\end{cases}σ>0\sigma>0 未知,X1,,XnX_1,\dots,X_n 为简单随机样本,记 σ^\hat{\sigma}σ\sigma 的最大似然估计量。
(1)求 σ^\hat{\sigma};(2)求 E(σ^)E(\hat{\sigma})D(σ^)D(\hat{\sigma})

参考答案 (2 个标签)
最大似然估计 指数分布

答案σ^=1ni=1nXi=Xˉ\hat{\sigma}=\dfrac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i=\bar XE(σ^)=σE(\hat{\sigma})=\sigmaD(σ^)=σ2nD(\hat{\sigma})=\dfrac{\sigma^2}{n}
解析要点:似然 L(σ)=σnexp ⁣(1σXi)L(\sigma)=\sigma^{-n}\exp\!\left(-\dfrac{1}{\sigma}\sum X_i\right),对 lnL\ln L 求导得极值 σ^=Xˉ\hat{\sigma}=\bar X。指数分布期望方差为 E(Xi)=σ, D(Xi)=σ2E(X_i)=\sigma,\ D(X_i)=\sigma^2,独立样本均值的期望方差为 σ, σ2/n\sigma,\ \sigma^2/n

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