2025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 ~ 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。下列每题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题目要求的。
- 已知函数 f(x)=∫0xet2sintdt,g(x)=∫0xet2dt⋅sin2x,则
A. x=0 是 f(x) 的极值点,也是 g(x) 的极值点。
B. x=0 是 f(x) 的极值点,(0,0) 是曲线 y=g(x) 的拐点。
C. x=0 是 f(x) 的极值点,(0,0) 是曲线 y=f(x) 的拐点。
D. (0,0) 是曲线 y=f(x) 的拐点,(0,0) 也是曲线 y=g(x) 的拐点。
参考答案
极值点拐点导数积分积分上限函数
解题思路:
分别对 f(x) 和 g(x) 求导,判断 x=0 是否为极值点或拐点。
详细步骤:
- f′(x)=ex2sinx
- f′′(x)=2xex2sinx+ex2cosx
- f′(0)=0, f′′(0)=1>0,所以 x=0 是 f(x) 的极值点。
- g(x)=∫0xet2dt⋅sin2x
- g′(x)=ex2sin2x+sin2x∫0xet2dt
- g′′(x)=ex2sin2x+2xex2sin2x+sin2xex2+2cos2x∫0xet2dt
- g′(0)=0, g′′(0)=0, g′′′(0)>0,所以 (0,0) 是 y=g(x) 的拐点。
答案:
B
- 已知级数:① n=1∑∞sinn2+1n3π ;② n=1∑∞(−1)n(3n21−tan3n21),则
A. ① 与 ② 均条件收敛。
B. ① 条件收敛,② 绝对收敛。
C. ① 绝对收敛,② 条件收敛。
D. ① 与 ② 均绝对收敛。
参考答案
级数收敛性绝对收敛条件收敛交错级数
解题思路:
分别判断两个级数的收敛性。
详细步骤:
- sinn2+1n3π=sin(n2+1n3π−nπ)=sin(n2+1nπ)∼n2+1nπ∼n1。
- n=1∑∞n1 发散,∴ 不是绝对收敛。
- sinn2+1n3π=(−1)nsin(n2+1n3π−nπ)=(−1)nsinn2+1nπ,为交错级数。
- sinn2+1nπ 递减,∴ 条件收敛。
- n=1∑∞(−1)n(3n21−tan3n21)。
- (−1)n(3n21−tan3n21)=3n21−tan3n21=3n21+o(n21)。
- n=1∑∞n21 收敛,∴n=1∑∞(−1)n(3n21−tan3n21) 绝对收敛。
答案:
B
3.设函数 f(x) 在区间 (0,+∞) 上可导,则
A.当 x→+∞limf(x) 存在时,x→+∞limf′(x) 存在。
B.当 x→+∞limf′(x) 存在时,x→+∞limf(x) 存在。
C.当 x→+∞limx∫0xf(t)dt 存在时,x→+∞limf(x) 存在。
D.当 x→+∞limf(x) 存在时,x→+∞limx∫0xf(t)dt 存在。
参考答案
极限导数积分洛必达法则
【答案】D
【解析】A 错误,反例:
f(x)=xsinx2,x→+∞limf(x)=0,但 x→+∞limf′(x)=x→+∞limx22x2cosx2−sinx2,极限不存在。
B 错误,反例:f(x)=x,f′(x)=2x1,x→+∞limf′(x)=0,极限存在,但 x→+∞limf(x) 极限不存在。
C 错误,反例:
f(x)=cosx,则 x→+∞limx∫0xf(t)dt=x→+∞limxsinx 存在,但 x→+∞limf(x)=x→+∞limcosx 不存在。
D 正确,用 x→+∞limx∫0xf(t)dt=x→+∞lim1f(x)=A,故选 D。
4.设函数 f(x,y) 连续,则 ∫−22dx∫4−x24f(x,y)dy=
A.∫04dy∫−4−y4−yf(x,y)dx+∫−20dx∫4−x24f(x,y)dy。
B.∫04[∫−4−y2f(x,y)dx+∫24−yf(x,y)dx]dy。
C.∫04[∫−4−y2f(x,y)dx+∫4−y2f(x,y)dx]dy。
D.2∫04dy∫4−y2f(x,y)dx。
参考答案
二重积分积分区域积分次序交换
【答案】A
【解析】由题易知,此二重积分积分区域为
D={(x,y)∣4−x2≤y≤4,−2≤x≤2}。
记 D1={(x,y)∣4−x2≤y≤4,−2≤x≤0},D2={(x,y)∣4−x2≤y≤4,0≤x≤2},且
I=∫−22dx∫4−x24f(x,y)dy,则 I=∬D1f(x,y)dσ+∬D2f(x,y)dσ,交换积分次序得
I=∫−20dx∫4−x24f(x,y)dy+∫04dy∫−4−y4−yf(x,y)dx
=∫04dy∫−4−y4−yf(x,y)dx+∫−20dx∫4−x24f(x,y)dy
故 A 正确。
5.二次型 f(x1,x2,x3)=x12+2x1x2+2x1x3 的正惯性指数
A.0。
B.1。
C.2。
D.3。
参考答案
二次型特征值正惯性指数矩阵
【答案】B
【解析】
A=111100100
(λE−A)=λ−1−1−1−1λ0−10λ→λ−10−1−1λ0−1−λλ→λ−10−1−110−1−1λ
=λ[λ(λ−1)−1−1]
=λ(λ2−λ−2)
=λ(λ−2)(λ+1)
解得
λ1=0,λ2=2,λ3=−1
故正惯性指数为 1,选 B。
6.设 α1,α2,α3,α4 是 n 维列向量,α1,α2 线性无关,α1,α2,α3 线性相关,且 α1+α2+α4=0。在空间直角坐标系 O−xyz 中,关于 x,y,z 的方程组 xα1+yα2+zα3=α4 的几何图形是
A.过原点的一个平面。
B.过原点的一条直线。
C.不过原点的一个平面。
D.不过原点的一条直线。
参考答案
线性代数向量线性相关矩阵秩几何图形
【答案】D
【解析】记 A=(α1,α2,α3),由 α1,α2 线性无关,α1,α2,α3 线性相关,可得 r(A)=2。记 A=(A∣α4)=(α1,α2,α3,α4),再由 α1+α2+α4=0,则 r(A)=2。于是 Ax=α4 有无穷多解。则 xα1+yα2+zα3=α4 等价于 (α1,α2,α3)⋅(x,y,z)T=α4,即 A⋅(x,y,z)T=α4。
若过原点,则 α4=0 与 α1,α2 线性无关矛盾,故不过原点。
xα1+yα2+zα3=α4 等价于
⎩⎨⎧a11x+a12y+a13z=a14a21x+a22y+a23z=a24⋯an1x+an2y+an3z=an4
由上述分析可知 r(A)=r(A)=2,故两平面交于一条直线,且不过原点。故选 D。
7.设 n 阶矩阵 A,B,C 满足 r(A)+r(B)+r(C)=r(ABC)+2n,给出下列四个结论:
① r(ABC)+n=r(AB)+r(C);
② r(AB)+n=r(A)+r(B);
③ r(A)=r(B)=r(C)=n;
④ r(AB)=r(BC)=n。
其中正确结论的序号是
A.①②。
B.①③。
C.②④。
D.③④。
参考答案
矩阵秩矩阵运算线性代数
【答案】A
【解析】A=100000000,B=001010100,C=E,满足 r(A)+r(B)+r(C)=r(ABC)+2n,则 r(A)=1,r(B)=1,r(C)=2,排除结论 ③④,故选 A。
8.设二维随机变量 (X,Y) 服从正态分布 N(0,0;1,1;ρ),其中 ρ∈(−1,1)。若 a,b 为满足 a2+b2=1 的任意实数, 则 D(aX+bY) 的最大值为
A.1。
B.2。
C.1+∣ρ∣。
D.1+ρ2。
参考答案
概率论正态分布方差极值
【答案】C
【解析】
D(aX+bY)=a2DX+b2DY+2abρ⋅1⋅1
=a2+b2+2abρ=1+2abρ=1+2a1−a2ρ=f(a)
f′(a)=ρ(21−a2+2a⋅1−a2−a)=2ρ(1−a2−1−a2a2)=0
即 2ρ1−a21−a2−a2=0,2a2=1⇒a2=21,b2=21,于是 a=±21,b=±21。所以最大值为 1+∣ρ∣,故选 C。
9.设 X1,X2,⋯,X20 是来自总体 B(1,0.1) 的简单随机样本。令 T=i=1∑20Xi,利用泊松分布近似表示二项分布的方法可得 P{T≤1}≈
A.e21。
B.e22。
C.e23。
D.e24。
参考答案
概率论二项分布泊松分布概率计算
【答案】C
【解析】由题意可知 T∼B(20,0.1),np=20×0.1=2
P{T≤1}=P{T=0}+P{T=1}=0!20e−2+1!21e−2=e−2+2e−2=3e−2
故选 C。
10.设 X1,X2,⋯,Xn 为来自正态总体 N(μ,2) 的简单随机样本。记 X=n1i=1∑nXi,Zα 表示标准正态分布的上侧 α 分位数。假设检验问题:H0:μ≤1, H1:μ>1 的显著性水平为 α 的检验的拒绝域为
A.{(X1,X2,⋯,Xn)∣X>1+n2Zα}。
B.{(X1,X2,⋯,Xn)∣X>1+n2Zα}。
C.{(X1,X2,⋯,Xn)∣X>1+n2Zα}。
D.{(X1,X2,⋯,Xn)∣X>1+n2Zα}。
参考答案
数理统计假设检验正态分布拒绝域
【答案】D
【解析】
σ/nX−μ>zα⇒X>n2zα+1,故选 D。
二、填空题
二、填空题:11 ~ 16 小题,每小题 5 分,共 30 分。
11.x→0+limlnx⋅ln(1−x)xx−1=____。
参考答案
极限洛必达法则对数函数
【答案】−1
【解析】
x→0+lim−xlnxexlnx−1=x→0+lim−xlnxxlnx=−1
12.已知函数 f(x)=⎩⎨⎧0,x2,0≤x<2121≤x≤1 的傅里叶级数为 n=1∑∞bnsinnπx,S(x) 为 n=1∑∞bnsinnπx 的和函数,则 S(−27)=____。
参考答案
傅里叶级数和函数周期性
【答案】81
【解析】
S(−27)=S(−27+4)=S(21)=81。
13.已知函数 u(x,y,z)=xy2z3,向量 n=(2,2,−1),则 ∂n∂u(1,1,1)=____。
参考答案
偏导数方向导数向量多元函数
【答案】1
【解析】
由题易知,∂x∂u=y2z3,∂y∂u=2xyz3,∂z∂u=3xy2z2
则在 x=1,y=1,z=1 处有 (∂x∂u,∂y∂u,∂z∂u)=(1,2,3)
对于向量 n=(2,2,−1),归一化可得 n0=(32,32,−31)
故 ∂n∂u(1,1,1)=(1,2,3)⋅(32,32,−31)=1⋅32+2⋅32+3⋅(−31)=1
14.已知有向曲线 L 是抛物线 y=1−x2 从点 (1,0) 到点 (−1,0) 的一段,则曲线积分 ∫L(y+cosx)dx+(2x+cosy)dy=____。
参考答案
曲线积分格林公式二重积分三角函数
【答案】34−2sin1
【解析】
由题易知可作曲线如右图所示。
记 L0 是从 x=−1 到 x=1 的直线,并记曲线积分 I=∫L(y+cosx)dx+(2x+cosy)dy
则在 L0 与 L 所围的封闭区域可用格林公式
即 I1=∮L0+L(y+cosx)dx+(2x+cosy)dy
=∬D−1dσ=∫−11dx∫01−x2(−1)dy=∫−11(1−x2)dx=34
又 I2=∫L0(y+cosx)dx+(2x+cosy)dy=∫−11cosxdx=2sin1
故 I=34−2sin1
15.设矩阵 A=4ab235−3−4−7,若方程组 A2x=0 与 Ax=0 不同解,则 a−b=____。
参考答案
矩阵行列式线性方程组矩阵秩
【答案】−4
【解析】
由题知,A=4ab235−3−4−7,若 A2x=0 与 Ax=0 同解,则三秩相同,即 r(A)=r(A2)=r(AA2)。如果 A 可逆,三秩显然相同,则 A2x=0 与 Ax=0 同解,需 A 不可逆,于是 ∣A∣=0。根据行列式的倍加性质易得
∣A∣=4ab235−3−4−7=4ab235−3−4−7=401−1−2−(a−b)11−1−2=4(−2+1)−(a−b)⋅(−1)=4(−1)+(a−b)=−(4)+(a−b)
令 ∣A∣=0,有 a−b=−4。
16.设 A,B 为两个随机事件,且 A 与 B 相互独立,已知 P(A)=2P(B),P(A∪B)=85,则在事件 A,B 至少有一个发生的条件下,A,B 中恰有一个发生的概率为____。
参考答案
概率论条件概率事件独立性概率计算
【答案】54
【解析】
P(AB)+P(AB)=P(A)−P(AB)+P(B)−P(AB)=P(A)+P(B)−2P(A)P(B)
P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(AB)=85,⇒3P(B)−2P2(B)=85
24P(B)−16P2(B)=5,16P2(B)−24P(B)+5=0
⇒(4P(B)−1)(4P(B)−5)=0
P(B)=41,P(A)=21
P(AB)+P(AB)=P(A)+P(B)−2P(A)P(B)=21+41−2×21×41=21
P=P(AB)+P(AB)/P(A∪B)=21÷85=54
三、解答题
三、解答题:17 ~ 22 小题,共 70 分。解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
17.(本题满分 10 分)
计算 ∫01(x+1)(x2−2x+2)1dx。
参考答案
积分有理函数积分部分分式分解反三角函数
- 解:
∫01(x+1)(x2−2x+2)1dx=∫01(x+1A+x2−2x+2Bx+C)dx
=∫01(5(x+1)1+x2−2x+2−31x+53)dx
=∫01(5(x+1)1+x2−2x+2−31x+53)dx
=51ln∣1+x∣01−101ln∣x2−2x+2∣01+52arctan(x−1)01
=103ln2+101π
18.(本题满分 10 分)
已知函数 f(u) 在区间 (0,+∞) 内具有 2 阶导数,记 g(x,y)=f(yx),若 g(x,y) 满足
x2∂x2∂2g+xy∂x∂y∂2g+y2∂y2∂2g=1,
且 g(x,x)=1, ∂x∂g(x,x)=x2,求 f(u)。
参考答案
偏微分方程多元函数复合函数求导微分方程
解:
令 u=yx,则 ∂x∂g=f′(u)y1,∂y∂g=f′(u)(−y2x)。
又 g(x,x)=f(xx)=f(1)=1,∂x∂g(x,x)=f′(1)x1=x2,故 f′(1)=2。
∂x2∂2g=f′′(u)y21
∂x∂y∂2g=f′′(u)y1(−y2x)+f′(u)(−y21)=−y3xf′′(u)−y21f′(u)
∂y2∂2g=f′′(u)(−y2x)(−y2x)+f′(u)(y32x)=y4x2f′′(u)+y32xf′(u)
将上述代入原方程,化简得:
u2f′′(u)+uf′(u)+u21f′(u)=u21
令 p′=f′(u),则 u2p′′+up′+u21p′=u21
解得 p=ulnu+u2
因此 f′(u)=ulnu+u2,积分得 f(u)=∫(ulnu+u2)du=21ln2u+2lnu+C
又 f(1)=C=1,故 f(u)=21ln2u+2lnu+1
19.(本题满分 10 分)
设函数 f(x) 在区间 (a,b) 内可导。证明导函数 f′(x) 在 (a,b) 内严格单调增加的充分必要条件是:对 (a,b) 内任意的 x1,x2,x3,当 x1<x2<x3 时
x2−x1f(x2)−f(x1)<x3−x1f(x3)−f(x1)<x3−x2f(x3)−f(x2)
参考答案
导数单调性拉格朗日中值定理充要条件证明
解:
充分性:若对 (a,b) 内任意的 x1,x2,x3,当 x1<x2<x3 时,都有
x2−x1f(x2)−f(x1)<x3−x1f(x3)−f(x1)<x3−x2f(x3)−f(x2)则在 (a,b) 内取任意的 x1<x2<x3<x4<x5,有
x2−x1f(x2)−f(x1)<x3−x2f(x3)−f(x2)<x4−x3f(x4)−f(x3)<x5−x4f(x5)−f(x4)在 x2−x1f(x2)−f(x1)<x3−x2f(x3)−f(x2) 两边同时令 x2→x1+,得
f+′(x1)≤x3−x1f(x3)−f(x1)两边同时令 x2→x3−,得
x3−x1f(x3)−f(x1)≤f−′(x3)即
f+′(x1)≤x3−x1f(x3)−f(x1)≤f−′(x3)同理可得 f+′(x3)≤f−′(x5)。因为
x3−x1f(x3)−f(x1)<x5−x3f(x5)−f(x3)所以 f+′(x1)≤f−′(x5)。由 x1,x5 的任意性, 可得 f′(x) 在 (a,b) 内严格单调递增,充分性得证。
再证必要性,即已知 f′(x) 单调递增,在 [x1,x2],[x2,x3] 上分别使用拉格朗日中值定理,知存在 ξ1∈(x1,x2),ξ2∈(x2,x3) 使
f′(ξ1)=x2−x1f(x2)−f(x1),f′(ξ2)=x3−x2f(x3)−f(x2)又由 f′(x) 单调递增, 由 ξ1<ξ2 知 f′(ξ1)<f′(ξ2),即
x2−x1f(x2)−f(x1)<x3−x2f(x3)−f(x2)必要性得证。
综上所述,充要条件得证。
20.(本题满分 10 分)
设 Σ 是由直线 {x=0,y=0 绕直线 {y=t,z=t(t为参数)旋转一周得到的曲面,Σ1 是 Σ 介于平面 x+y+z=0 与平面 x+y+z=1 之间部分的外侧,计算曲面侧面积
I=∬Σ1xdydz+(y+1)dzdx+(z+2)dxdy
参考答案
曲面积分高斯公式旋转曲面三重积分
解:
由题意可知直线 ⎩⎨⎧x=t,y=0,z=t 记为 l1,⎩⎨⎧x=t,y=t,z=t 记为 l2,则直线 l1 绕直线 l2 旋转所得曲面 Σ 为 (x−t)2+(y−t)2+(z−t)2=3t2。
已知 Σ1 是 Σ 介于平面 x+y+z=0 和 x+y+z=1 之间的外侧,则补面 Σ0:x+y+z=1,方向指向外侧。则 Σ0 与 Σ1 所围为封闭区域,则由高斯公式可知
I1=∬Σ0+Σ1xdydz+(y+1)dzdx+(z+2)dxdy=∭Ω(1+1+1)dv=3∭Ωdv=3⋅31(22)242π(注:Ω 为圆锥体)。
记 Dxy 为 Σ0 在 xoy 面上的投影,Dxy={(x,y)∣0≤x+y≤1,x≥0,y≥0}
又
I2=∬Σ0xdydz+(y+1)dzdx+(z+2)dxdy=∬Dxyxdydz+(y+1)dzdx+(3−x−y)dxdy=∬Dxy2dxdy=2⋅21⋅1⋅1=1
故 I=I1−I2=42π−1。
21.(本题满分 10 分)
设矩阵 A=0−1−1−10−122a,已知 1 是A的特征多项式的重根。
(1) 求a的值;
(2) 求所有满足 Aα=α+β,A2α=α+2β 的非零列向量 α,β。
参考答案
矩阵特征值特征多项式线性代数
解:
(1) f(λ)=∣A−λE∣=(1−λ)[(λ−a)(λ+1)+4]
可得(1−a)(1+1)+4=0, a=3
(2) 由(1)可知 A=0−1−1−10−1223,∣A−λE∣=0,得A中λ1=λ2=λ3=1。
Aα=α+β,A2α=α+2β⇒(A−E)α=β,(A2−E)α=2β=2(A−E)α
(A−E)2α=0,其中(A−E)2=0,故α为任意的非零向量,α=(a1,a2,a3)T,a1a2a3=0。
β=(A−E)α=−1−1−1−1−1−1222a1a2a3=2a3−a1−a22a3−a1−a22a3−a1−a2
其中a1+a2=2a3。
综上α=a1a2a3,β=2a3−a1−a22a3−a1−a22a3−a1−a2,(a1a2a3=0,a1+a2=2a3)
22.(本题满分 12 分)
投保人的损失事件发生时,保险公司的赔付额 Y 与投保人的损失额 X 的关系为
Y={0,x−100,X≤100,X>100
设定损失事件发生时,投保人的损失额 X 的概率密度为
f(x)=⎩⎨⎧(100+x)32×1002,0,x>0,x≤0
(1)求 P{Y>0} 及 EY。
(2)这种损失事件在一年内发生的次数记为 N,保险公司在一年内就这种损失事件产生的理赔次数记为 M,假设 N 服从参数为 8 的泊松分布,在 N=n (n≥1) 的条件下,M 服从二项分布 B(n,p),其中 p=P{Y>0},求 M 的概率分布。
参考答案
概率论概率密度期望泊松分布二项分布条件概率
解:
(1)
P{Y>0}=P{X−100>0}=P{X>100}=∫100+∞(100+x)32×1002dx=41EY=∫100+∞(x−100)(100+x)32×1002dx=50(2)
N∼P(8), {M∣N=n}∼B(n,41)P{M=m}=n=m∑∞P{N=n}⋅P{M=m∣N=n}=n=m∑∞n!8ne−8⋅Cnm(41)m(43)n−m=n=m∑∞m!(n−m)!8ne−8(41)m(43)n−m=4m1e−8m!8mn=m∑∞(n−m)!(6)n−m=4m1e−8m!8me6=m!2me−2