2023 年真题
选择题
1
已知函数
f(x,y)=ln(y+∣xsiny∣)
,则()
正确答案:Af(0,1)=0
,由偏导数的定义
∂x∂f(0,1)=x→0limxf(x,1)−f(0,1)=x→0limxln(1+sin1∣x∣)=sin1x→0limx∣x∣, 因为
x→0+limx∣x∣=1,x→0−limx∣x∣=−1,
所以
∂x∂f∣(0,1)
不存在。
而
∂y∂f(0,1)=y→1limy−1f(0,y)−f(0,1)=y→1limy−1lny=y→1limy−1y−1=1, 所以
∂y∂f∣(0,1)
存在。
2
函数
f(x)={1+x21,(x+1)cosx,x≤0x>0 的一个原函数为()
正确答案:D当
x≤0
时,
∫f(x)dx=∫1+x2dx=ln(x+1+x2)+C1 当
x>0
时,
∫f(x)dx=∫(x+1)cosxdx=∫(x+1)dsinx=(x+1)sinx−∫sinxdx=(x+1)sinx+cosx+C2
原函数在
(−∞,+∞)
内连续,则在
x=0
处,
x→0−limln(x+1+x2)+C1=C1,x→0+lim(x+1)sinx+cosx+C2=1+C2 所以
C1=1+C2
。令
C2=C
,则
C1=1+C
。故
∫f(x)dx={ln(x+1+x2)+1+C,(x+1)sinx+cosx+C,x≤0x>0 结合选项,令
C=0
,则
f(x)
的一个原函数为
F(x)={ln(1+x2+x)+1,(x+1)sinx+cosx,x≤0x>0 3
若微分方程
y′′+ay′+by=0
的解在
(−∞,+∞)
上有界,则 ( )
正确答案:C微分方程
y′′+ay′+by=0
的特征方程为
λ2+aλ+b=0
。
当判别式
Δ=a2−4b>0
时,特征方程有两个不同的实根
λ1
和
λ2
。此时,
λ1
和
λ2
至少有一个不等于零。若常数
C1
和
C2
都不为零,则微分方程的解为
y=C1eλ1x+C2eλ2x
在区间
(−∞,+∞)
上无界。
当判别式
Δ=a2−4b=0
时,特征方程有两个相同的实根
λ1,2=−2a
。若
C2=0
,则微分方程的解为
y=C1e−2ax+C2xe−2ax
在区间
(−∞,+∞)
上无界。
当判别式
Δ=a2−4b<0
时,特征方程的根为
此时,通解为
y=e−2ax(C1cos24b−a2x+C2sin24b−a2x) 要使微分方程的解在
(−∞,+∞)
上有界,必须满足
a=0
。再由判别式条件
Δ=a2−4b<0
,可知
b>0
。
4
已知
an<bn (n=1,2,⋯)
。若级数
∑n=1∞an
与
∑n=1∞bn
均收敛,则“
∑n=1∞an
绝对收敛”是“
∑n=1∞bn
绝对收敛”的
正确答案:A由条件知
∑n=1∞(bn−an)
为收敛的正项级数,进而绝对收敛。
设
∑n=1∞an
绝对收敛,则由不等式
∣bn∣=∣bn−an+an∣≤∣bn−an∣+∣an∣
与比较判别法,得
∑n=1∞bn
绝对收敛。
设
∑n=1∞bn
绝对收敛,则由不等式
∣an∣=∣an−bn+bn∣≤∣bn−an∣+∣bn∣
与比较判别法,得
∑n=1∞an
绝对收敛。
5
设
A
、
B
为
n
阶可逆矩阵,
E
为
n
阶单位矩阵,
M∗
为矩阵
M
的伴随矩阵,则
(AOEB)∗= ?
正确答案:B结合伴随矩阵的核心公式,代入 (B) 计算知
(AOEB)(∣B∣A∗O−A∗B∗∣A∣B∗)=(∣B∣AA∗O−AA∗B∗+∣A∣EB∗∣A∣BB∗)
进一步化简得
(∣B∣∣A∣EO−∣A∣B∗+∣A∣B∗∣A∣∣B∣E)=(∣B∣∣A∣EOO∣A∣∣B∣E)=∣A∣∣B∣E
因此,(B) 正确。
6
二次型
f(x1,x2,x3)=(x1+x2)2+(x1+x3)2−4(x2−x3)2
的规范形为()
正确答案:B由已知二次型:
f(x1,x2,x3)=2x12−3x22−3x32+2x1x2+2x1x3+8x2x3
其对应的实对称矩阵为:
计算特征方程:
∣λE−A∣=λ−2−1−1−1λ+3−4−1−4λ+3=λ(λ+7)(λ−3)=0 解得矩阵
A
的特征值为
0
,
−7
,
3
,因此其规范形为:
y12−y22
7
已知向量
α1=123,α2=211,β1=259,β2=101, 若
γ
既可由
α1
、
α2
线性表示,也可由
β1
、
β2
线性表示,则
γ=?
正确答案:D设
γ=x1α1+x2α2=y1β1+y2β2
,
则
x1α1+x2α2−y1β1−y2β2=0
又
(α1,α2,−β1,−β2)=123211−2−5−9−10−1→1000100013−11 故
(x1,x2,y1,y2)T=c(−3,1,−1,1)T,c∈R
所以
γ=−cβ1+cβ2=c(−1,−5,−8)T=−c(1,5,8)T=k(1,5,8)T,k∈R
8
设随机变量
X
服从参数为 1 的泊松分布,则
E(∣X−E(X)∣)=
正确答案:C法1:由题可知
EX=1
,所以
E∣X−EX∣=1⋅P{X=0}+k=1∑∞(k−1)P{X=k}=e1+k=0∑∞(k−1)P{X=k}−(0−1)P{X=0}
=e1+E(X−1)−(0−1)e1=e2
,选 (C)。
法2:随机变量
X
服从参数为 1 的泊松分布,即
P(X=k)=k!1e−1 (k=0,1,2,…)
,期望
E(X)=1
。
E(∣X−E(X)∣)=E(∣X−1∣)=1⋅0!1e−1+0⋅1!1e−1+1⋅2!1e−1+⋯+(k−1)⋅k!1e−1+…=e−1+k=2∑∞(k−1)⋅k!1e−1=e−1+k=2∑∞k!ke−1−k=2∑∞k!1e−1=e−1+k=2∑∞(k−1)!1e−1−k=2∑∞k!1e−1
=e−1+(e−1)e−1−(e−1−1)e−1=2e−1
,选 (C)。
9
设
X1,X2,⋯,Xn
为来自总体
N(μ1,σ2)
的简单随机样本,
Y1,Y2,⋯,Ym
为来自总体
N(μ2,2σ2)
的简单随机样本,
且两样本相互独立。
记
Xˉ=n1i=1∑nXi,Yˉ=m1i=1∑mYi,
S12=n−11i=1∑n(Xi−Xˉ)2,S22=m−11i=1∑m(Yi−Yˉ)2,
则
正确答案:D对于样本
X1,X2,…,Xn
,其样本方差为:
S12=n−11i=1∑n(Xi−Xˉ)2
对于样本
Y1,Y2,…,Ym
,其样本方差为:
S22=m−11i=1∑m(Yi−Yˉ)2
根据卡方分布的性质,有:
σ2(n−1)S12∼χ2(n−1)
2σ2(m−1)S22∼χ2(m−1)
当两个样本相互独立时,可以构造 F 统计量:
2σ2(m−1)S22/(m−1)σ2(n−1)S12/(n−1)=S22/2σ2S12/σ2=S222S12∼F(n−1,m−1)
10
设
X1
,
X2
为来自总体
N(μ,σ2)
的简单随机样本,其中
σ
(
σ>0
) 是未知参数。记
σ^=a∣X1−X2∣
,若
E(σ^)=σ
,则
a=
正确答案:A由题可知
X1−X2∼N(0,2σ2)
,令
Y=X1−X2
,则
Y
的概率密度为
计算
E(∣Y∣)
:
E(∣Y∣)=∫−∞+∞∣y∣2π2σ1e−2⋅2σ2y2dy=2π2σ2∫0+∞ye−4σ2y2dy=π2σ 进一步求解:
E(a∣X1−X2∣)=aE(∣Y∣)=aπ2σ 由
E(σ)=σ
,可得:
故选
(A)
。
填空题
11
(填空题)
limx→∞x2(2−xsinx1−cosx1)=
【答案】
32
【解析】
首先展开表达式:
x→∞limx2(2−xsinx1−cosx1)=x2[2−x(x1−6x31+o(x31))−(1−2x21+o(x21))]
简化后得到:
x2[6x21+2x21+o(x21)]=32
最终结果为
32
。
12
(填空题)已知函数
f(x,y)
满足
df(x,y)=x2+y2xdy−ydx,
且
f(1,1)=4π
,则
f(3,3)=
【答案】
3π
【解析】 由题意可得
fx′(x,y)=x2+y2−y
,则
f(x,y)=−y⋅y1⋅arctanyx+c(y)=−arctanyx+c(y)
又因为
fy′(x,y)=x2+y2x
,可得
c′(y)=0
。由
f(1,1)=4π
可得
c=2π
,即
f(x,y)=−arctanyx+2π
故
f(3,3)=3π
。
13
(填空题)
n=0∑∞(2n)!x2n=
【答案】
21ex+21e−x
【解析】 令
s(x)=∑n=0∞(2n)!x2n
,则:
s′(x)=n=1∑∞(2n−1)!x2n−1
s′′(x)=n=1∑∞(2n−2)!x2n−2=n=0∑∞(2n)!x2n=s(x)
即有微分方程
s′′(x)−s(x)=0
,其通解为:
s(x)=C1ex+C2e−x
由初始条件
s(0)=1
和
s′(0)=0
,可得:
C1+C2=1
C1−C2=0
解得
C1=C2=21
,因此:
s(x)=21ex+21e−x
14
(填空题)设某公司在
t
时刻的资产为
f(t)
,从
0
时刻到
t
时刻的平均资产等于
tf(t)−t
。假设
f(t)
连续且
f(0)=0
,则
f(t)=
【答案】
f(t)=2et−2t−2
【解析】 由题意可得方程
t∫0tf(x)dx=tf(t)−t
即
∫0tf(x)dx=f(t)−t2
两边同时对
t
求导得
f(t)=f′(t)−2t
即
f′(t)−f(t)=2t
由一阶线性微分方程通解公式有:
f(t)=e∫1dt(∫2te−∫1dtdt+C)=et(∫2te−tdt+C)
计算积分部分:
∫2te−tdt=−(2t+2)e−t
因此通解为:
f(t)=et[−(2t+2)e−t+C]=Cet−2t−2
又由于
f(0)=0
,代入得:
C−2=0⇒C=2
故最终解为:
f(t)=2et−2t−2
15
(填空题)已知线性方程组
⎩⎨⎧αx1+x3=1x1+αx2+x3=0x1+2x2+αx3=0αx1+αx2=2 有解,其中
α,b
为常数。若
则
【答案】 8
【解析】 由已知
r(A)=r(A,b)≤3<4
,故
∣A,b∣=0
。
即
∣A,b∣=α11α0α2b11α01002=1⋅(−1)1+411αα2b1α0+2⋅(−1)4+4α110α211α 故
16
(填空题)设随机变量
X
与
Y
相互独立,且
X∼B(1,p)
,
Y∼B(2,p)
,
p∈(0,1)
,则
X+Y
与
X−Y
的相关系数为
【答案】
−31
【解析】 因为
X∼B(1,p)
,所以
DX=p(1−p)
。因为
Y∼B(2,p)
,所以
DY=2p(1−p)
。
协方差计算如下:
Cov(X+Y,X−Y)=Cov(X+Y,X)−Cov(X+Y,Y)=Cov(X,X)+Cov(Y,X)−Cov(X,Y)−Cov(Y,Y)=DX−DY=p(1−p)−2p(1−p)=−p(1−p)
由于
X
与
Y
相互独立,方差计算如下:
D(X+Y)=DX+DY=3p(1−p)
D(X−Y)=DX+DY=3p(1−p)
因此,相关系数为:
ρ=D(X+Y)D(X−Y)Cov(X+Y,X−Y)=−31 解答题
17
(本题满分 10 分)
已知可导函数
y=y(x)
满足
aex+y2+y−ln(1+x)cosy+b=0,
且
y(0)=0
,
y′(0)=0
。
(I) 求
a
,
b
的值;
(II) 判断
x=0
是否为
y(x)
的极值点。
【答案】
(I)
a=1
,
b=−1
(II)
x=0
是
y(x)
的极大值点。
【解析】
(1) 在题设方程两边同时对
x
求导得,
aex+2y⋅y′+y′−1+xcosy+ln(1+x)⋅siny⋅y′=0
将
x=0
,
y=0
代入题设方程得,
a+b=0
;将
x=0
,
y=0
,
y′(0)=0
代入①式得,
a−1=0
。综上:
a=1
,
b=−1
。
(2) 在等式①两边再对
x
求导得,
aex+2(y′)2+2y⋅y′′+y′′(1+x)2−siny⋅y′⋅(1+x)−cosy(ln(1+x)⋅siny⋅y′)′=0
将
x=0
,
y=0
,
y′(0)=0
代入②式得,
y′′(0)=−a−1=−2
。由于
y′(0)=0
,
y′′(0)=−2
,故
x=0
是
y(x)
的极大值点。
18
(本题满分 12 分)
已知平面区域
D={(x,y)∣0≤y≤x1+x21, x≥1}
。
(I) 求
D
的面积;
(II) 求
D
绕
x
轴旋转所成旋转体的体积。
【答案】
(I)
ln(1+2)
(II)
π(1−4π)
【解析】
(1) 面积
S=∫1+∞x1+x21dx=∫4π2πtant⋅sectsec2tdt=∫4π2πcsctdt=ln∣csct−cott∣∣4π2π=ln(1+2). (2) 旋转体体积为
Vx=∫1+∞πy2dx=π∫1+∞x2(1+x2)1dx=π∫1+∞(x21−1+x21)dx=π(−x1−arctanx)1+∞=π(1−4π). 19
(本题满分 12 分)
已知平面区域
D={(x,y)∣(x−1)2+y2≤1}
,计算二重积分
【答案】
D∬x2+y2−1dxdy=−9π+32+33
【解析】
本题利用奇偶对称性化简,再切割积分区域,将积分区域分为三块,分别采用极坐标进行计算:
D∬∣x2+y2−1∣dσ=2D1+D2+D3∬∣x2+y2−1∣dσ =2D1∬1−x2+y2dσ+2D2∬1−x2+y2dσ+2D3∬x2+y2−1dσ 分别采用极坐标计算:
D1∬1−x2+y2dσ=∫03πdθ∫01r(1−r)dr=3π⋅61=18π D2∬(1−x2+y2)dσ=∫3π2πdθ∫02cosθr(1−r)dr=∫3π2π(2cos2θ−38cos3θ)dθ=6π−916+433 D3∬(x2+y2−1)dσ=∫03πdθ∫12cosθr(r−1)dr=∫03π(38cos3θ−2cos2θ+61)dθ=433−3π+18π 综上,最终结果为:
D∬∣x2+y2−1∣dσ=2(18π)+2(6π−916+433)+2(433−3π+18π) 20
(本题满分 12 分)
设函数
f(x)
在
[−a,a]
上具有 2 阶连续导数,证明:
(Ⅰ)若
f(0)=0
,则存在
ξ∈(−a,a)
使得
f′′(ξ)=a21[f(a)+f(−a)];
(Ⅱ)若
f(x)
在
(−a,a)
内取得极值,则存在
η∈(−a,a)
,使得
f′′(η)≥a21f(a)−f(−a). 【答案】 见解析
【解析】
(1)证明:
由泰勒展开式可得:
f(x)=f(0)+f′(0)x+2!f′′(η)x2=f′(0)x+2!f′′(η)x2
其中
η
介于
0
与
x
之间。
分别取
x=a
和
x=−a
,得到:
f(a)=f′(0)a+2!f′′(η1)a2,0<η1<a
f(−a)=f′(0)(−a)+2!f′′(η2)a2,−a<η2<0
将①和②相加:
f(a)+f(−a)=2a2[f′′(η1)+f′′(η2)]
由于
f′′(x)
在
[η2,η1]
上连续,设其最大值为
M
,最小值为
m
,则:
m≤f′′(η1)≤M,m≤f′′(η2)≤M
从而:
m≤2f′′(η1)+f′′(η2)≤M
由介值定理,存在
ξ∈[η2,η1]⊂(−a,a)
,使得:
2f′′(η1)+f′′(η2)=f′′(ξ)
代入③得:
f(a)+f(−a)=a2f′′(ξ)
即:
f′′(ξ)=a2f(a)+f(−a)
(2)证明:
设
f(x)
在
x=x0∈(−a,a)
处取得极值,且
f(x)
在
x=x0
可导,则
f′(x0)=0
。
由泰勒展开式:
f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+2!f′′(γ)(x−x0)2=f(x0)+2!f′′(γ)(x−x0)2
其中
γ
介于
0
与
x
之间。
分别取
x=−a
和
x=a
,得到:
f(−a)=f(x0)+2!f′′(γ1)(−a−x0)2,−a<γ1<0
f(a)=f(x0)+2!f′′(γ2)(a−x0)2,0<γ2<a
因此:
∣f(a)−f(−a)∣=21(a−x0)2f′′(γ2)−21(a+x0)2f′′(γ1) ≤21∣(a−x0)2f′′(γ2)∣+21∣(a+x0)2f′′(γ1)∣
设
M=max{∣f′′(γ1)∣,∣f′′(γ2)∣}
,则:
∣f(a)−f(−a)∣≤21M(a+x0)2+21M(a−x0)2=M(a2+x02)
由于
x0∈(−a,a)
,有:
∣f(a)−f(−a)∣≤M(a2+x02)≤2Ma2
即:
M≥2a21∣f(a)−f(−a)∣
因此,存在
η=γ1
或
η=γ2∈(−a,a)
,使得:
∣f′′(η)∣≥2a21∣f(a)−f(−a)∣
21
(本题满分 12 分)
设矩阵
A
对向量
x1x2x3
有
Ax1x2x3=x1+x2+x32x1−x2+x3x2−x3 (I) 求
A
;
(II) 求可逆矩阵
P
与对角矩阵
Λ
,使得
P−1AP=Λ
。
【答案】
(I)
A=1201−1111−1
(II) 可逆矩阵
P=0−1143110−2
,对角矩阵
Λ=−20002000−1
【解析】
(I) 由
Ax1x2x3=1201−1111−1x1x2x3
,故矩阵
A=1201−1111−1
。
(II) 特征多项式为:
∣λE−A∣=λ−1−20−1λ+1−1−1−1λ+1 展开计算:
=(λ−1)⋅λ+1−1−1λ+1+2⋅−1−1−1λ+1 进一步化简:
=(λ−1)(λ2+2λ)−2(λ+2)=(λ+2)(λ−2)(λ+1)=0
所以
A
的特征值为
λ1=−2
,
λ2=2
,
λ3=−1
。
对于
λ1=−2
:
λ1E−A=−3−20−1−1−1−1−1−1→100010010 对应的特征向量
α1=(0,−1,1)T
。
对于
λ2=2
:
λ2E−A=1−20−13−1−1−13→100010−4−30 对应的特征向量
α2=(4,3,1)T
。
对于
λ3=−1
:
λ3E−A=−2−20−10−1−1−10→200010100 对应的特征向量
α3=(1,0,−2)T
。
令
P=(α1,α2,α3)=0−1143110−2
,则
22
(本题满分12分)
设随机变量
X
的概率密度为
f(x)=(1+ex)2ex,−∞<x<+∞
令
Y=eX
。
(Ⅰ)求
X
的分布函数
F(x)
;
(Ⅱ)求
Y
的概率密度
fY(y)
;
(Ⅲ)
Y
的期望是否存在?
【答案】
(Ⅰ)
F(x)=1+exex,x∈R
(Ⅱ)
fY(y)={(1+y)21,0,y>0
(Ⅲ)不存在
【解析】
(I)
F(x)=∫−∞x(1+ex)2exdx=−1+ex1−∞x=1+exex,x∈R (II)
【法1】分布函数法
FY(y)=P{Y≤y}=P{eX≤y}
- 当
y<0
时,
FY(y)=0
- 当
y≥0
时,
FY(y)=P{X≤lny}=F(lny)=1+yy
因此,
Y
的概率密度为
fY(y)={(1+y)21,0,y>0
【法2】公式法
因为
y=ex
在
(−∞,+∞)
上单调且处处可导,当
x∈(−∞,+∞)
时,
y>0
,此时
x=lny
。
所以
Y
的概率密度为
fY(y)={f(lny)⋅(lny)′,0,y>0={(1+elny)2elny⋅y1,0,y>0={(1+y)21,0,y>0
(Ⅲ)
EY=∫0+∞(1+y)2ydy=(ln(1+y)+1+y1)0+∞=∞ 因此,
EY
不存在。