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1996年数学三真题答案解析【闲鱼号“非凡小翊”持续更新中】【闲鱼号:非凡小翊】

--- [第 1 页] --- 1 1996 年全国硕士研究生入学统一考试数学三试题解析
一、 填空题(本题共5 小题,每小题3 分,满分15 分,把答案填在题中横线上.)
(1) 【答案】  1 ln dx x y  【解析】方法1:方程 y x y  两边取对数得ln ln ln y x y y y   ,再两边求微分,     1 1 ln 1 ln 1 dx y dy dy dx x x y          ln 1 0 x y   . 方法2:把 y x y  变形得 ln y y x e  ,然后两边求微分得       ln ln 1 ln 1 ln y y y dx e d y y y y dy x y dy      , 由此可得  
1 . 1 ln dy dx x y  
(2) 【答案】   3 2 1 1 3 x C    【解析】由 ( ) arcsin x f x dx x C    ,两边求导数有   2 2 1 1 ( ) arcsin 1 ( ) 1 xf x x x x f x x        , 于是有 1 ( )dx f x  2 2 2 1 1 1 2 x x dx x dx         2 2 1 1 1 2 x d x       3 2 1 1 3 x C    .
(3) 【答案】 0 c a  (或 2 0 ax c  ),b 任意 【解析】对 2 y ax bx c    两边求导得   0 0 2 2 y ax b,y x ax b,       所以过  0 0 x ,y 的切线方程为    0 0 0 2 y y ax b x x ,     即      2 0 0 0 0 2 y ax bx c ax b x x .       又题设知切线过原点  0 0, ,把 0 x y   代入上式,得 2 2 0 0 0 0 2 ax bx c ax bx ,      即 2 0 ax c.  --- [第 2 页] --- 2 由于系数 0 a  ,所以,系数应满足的关系为 0 c a  (或 2 0 ax c  ),b 任意.
(4) 【答案】  1 0 0 0 T , , , 【解析】因为A 是范德蒙行列式,由 i j a a  知   0 i j A a a     .根据解与系数矩阵 秩的关系,所以方程组 T A X B  有唯一解. 根据克莱姆法则,对于 2 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 3 3 3 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 n n n n n n n n x a a a x a a a x a a a x a a a                                                 , 易见 1 2 3 0 n D A ,D D D .       所以 T A X B  的解为 1 2 3 1 0 n x ,x x x       ,即  1 0 0 0 T , , , ,  . 【相关知识点】克莱姆法则:若线性非齐次方程组 11 1 12 2 1 1 21 1 22 2 2 2 1 1 2 2 , , . n n n n n n nn n n a x a x a x b a x a x a x b a x a x a x b                       或简记为 1 1 2 n ij j i j a x b , i , , ,n      其系数行列式 11 12 1 21 22 2 1 2 0 n n n n nn a a a a a a D a a a         , 则方程组有唯一解 1 2 j j D x , j , , ,n. D    其中 j D 是用常数项 1 2 n b ,b , ,b  替换D 中第j 列所成的行列式,即 --- [第 3 页] --- 3 11 1 1 1 1 1 1 21 2 1 2 2 1 2 1 1 1 , j , j n , j , j n j n n, j n n, j nn a a b a a a a b a a D a a b a a                   .
(5) 【答案】(4.412,5.588) 【解析】可以用两种方法求解:
(1) 已知方差 2 2
0. 9   ,对正态总体的数学期望进行估计,可根据 因 2 ( ,0.9 ) X N  ,设有n 个样本,样本均值 1 1 n i i X X n   , 有 2
0. 9 ( , ) X N n  ,将其标准化,由公式 ( ) ~ (0,1) ( ) X E X N D X n  得: )1,0 ( ~ 1 N n X   由正态分布分为点的定义 2 1 1 X P u n                 可确定临界值 2  u , 进而确定相应的置信区间 2 2 ( , ) x u x u n n       .
(2) 本题是在单个正态总体方差已知条件下,求期望值的置信区间问题. 由教材上已经求出的置信区间 2 2 , x u x u n n             , 其中 2 1 , (0,1) P U u U N           ,可以直接得出答案. 方法1:由题设, 95 .0 1   ,可见 . 05 .0   查标准正态分布表知分位点 . 96 .1 2   u 本 题 9 n  , 5 X  , 因此,根据 95 .0 } 96 .1 1 {    n X P  ,有 5 {
1. 96}
0. 95 1 9 P     ,即 {4.412
5. 588}
0. 95 P     , --- [第 4 页] --- 4 1 x y O 1 2 1 2 故的置信度为0.95 的置信区间是(4.412,5.588) . 方法2:由题设, 95 .0 1   , 2 2 2 2 2 { } { } 2 ( ) 1
0. 95, ( )
0. 975 P U u P u U u u u               查得 . 96 .1 2   u 2
0. 9  , 9 n  , 5 X  代入 2 2 ( , ) x u x u n n       得置信区间(4.412,5.588) .
二、 选择题(本题共5 小题,每小题3 分,满分15 分.每小题给出的四个选项中,只有
一项符 合题目要求,把所选项前的字母填在题后的括号内.)
(1) 【答案】(D) 【解析】方法1:由题设知,积分区域在极坐标系 cos , sin x r y r     中是   , | 0 ,0 cos , 2 D r r                即是由 2 2 1 1 2 4 x y          与x 轴在第一象限所围成的 平面图形,如右图. 由于D 的最左边点的横坐标是0 ,最右点的横坐标是1, 下边界方程是 0 y ,  上边界的方程是 2 y x x   ,从而D 的直角坐标表示是     2 0 1 0 D x,y | x , y x x ,       故(D)正确. 方法2:采取逐步淘汰法.由于(A)中二重积分的积分区域的极坐标表示为   1 , | 0 ,0 sin , 2 D r r                而(B)中的积分区域是单位圆在第一象限的部分, (C)中的积分区域是正方形    0 1 0 1 x,y | x , y ,     所以,他们都是不正确的.故应选(D).
(2) 【答案】(A) 【解析】由于级数 2 1 n n u   和 2 1 n n v   都收敛,可见级数   2 2 1 n n n u v     收敛.由不等式 2 2 2 n n n n u v u v   --- [第 5 页] --- 5 及比较判别法知级数 1 2 n n n u v   收敛,从而 1 2 n n n u v   收敛. 又因为  2 2 2 2 n n n n n n u v u v u v ,     即级数   2 1 n n n u v     收敛,故应选(A). 设   2 1 1 1 2 n n u ,v n , , n    ,可知(B)不正确. 设   2 1 1 1 2 n u n , , n n    ,可知(C)不正确. 设     1 1 1 1 2 n n n u ,v n , , n n      ,可知(D)不正确. 注:在本题中命题(D)“若级数 1 n n u   收敛,且 ( 1,2, ) n n u v n   ,则级数 1 n n v   也收敛.” 不正确,这表明:比较判别法适用于正项级数收敛(或级数绝对收敛)的判别,但对任意项级数 一般是不适用的.这是任意项级数与正项级数收敛性判别中的一个根本区别.
(3) 【答案】(C) 【解析】伴随矩阵的基本关系式为AA A A A E     , 现将A视为关系式中的矩阵A ,则有 ( ) A A A E     . 方法一:由 1 n A A   及 1 ( ) A A A  ,可得 1 2 1 ( ) ( ) . n n A A A A A A A A         故应选(C). 方法二:由 ( ) A A A E     ,左乘A 得 1 ( )( ) n AA A A A    ,即 1 ( )( ) n A E A A A   . 故应选(C).
(4) 【答案】(D) 【解析】本题考查对向量组线性相关、线性无关概念的理解.若向量组 1 2 , , , s    线性 无关,即若 1 1 2 2 0 s s x x x         ,必有 1 2 0, 0, , 0 s x x x     . 既然 1, , m    与 1, , m k k  不全为零,由此推不出某向量组线性无关,故应排除(B)、(C). 一般情况下,对于 1 1 2 2 1 1 0, s s s s k k k l l               --- [第 6 页] --- 6 不能保证必有 1 1 2 2 0, s s k k k         及1 1 0, s s l l       故(A)不正确.由已知条件, 有         1 1 1 1 1 1 0 m m m m m m k k                      , 又 1, , m    与 1, , m k k  不全为零,故 1 1 1 1 , , , , , m m m m               线性相关. 故选(D).
(5) 【答案】(B) 【解析】依题意           1 2 1 2 1 2 1 2 ) ( , . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) P A A B P A B P A B P A B A B P A B P A B P B P B P B P B P B          因 ( ) 0 P B  ,故有     1 2 1 2 ) ( P A B A B P A B P A B    .因此应选(B). 注:有些考生错误地选择(D).他们认为(D)是全概率公式,对任何事件B 都成立,但是忽略了 全概率公式中要求作为条件的事件 1 2 , A A 应满足 1 2 ( ) 0, ( ) 0 P A P A   ,且 1 2 , A A 是对立事 件. 【相关知识点】条件概率公式: ( ) ( | ) ( ) P AB P B A P A  .
三、 (本题满分6 分) 【解析】(1) 由于 ( ) g x 有二阶连续导数,故当
0 x  时, ( ) f x 也具有二阶连续导数,此 时, ( ) f x  可直接计算,且 ( ) f x  连续;当 0 x  时,需用导数的定义求
(0) f  . 当 0 x  时, 2 2 [ ( ) ] ( ) ( ) ( ) ( 1) ( ) . x x x x g x e g x e xg x g x x e f x x x               当 0 x  时,由导数定义及洛必达法则,有 2 0 0 0 ( ) ( ) ( )
(0) 1
(0) lim lim lim 2 2 2 x x x x x x g x e g x e g x e g f x x                 洛 洛 . 所以 2 ( ) ( ) ( 1) , 0, ( )
(0) 1,
0. 2 x xg x g x x e x x f x g x               
(2) ( ) f x  在 0 x  点的连续性要用定义来判定.因为在 0 x  处,有 2 0 0 ( ) ( ) ( 1) lim ( ) lim x x x xg x g x x e f x x          --- [第 7 页] --- 7 0 ( ) ( ) ( ) ( 1) lim 2 x x x g x xg x g x e x e x             0 ( )
(0) 1 lim
(0) 2 2 x x g x e g f           . 而 ( ) f x  在 0 x  处是连续函数,所以 ( ) f x  在( , ) 上为连续函数.
四、 (本题满分6 分) 【解析】由 ( ) z f u  可得 ( ) , ( )
z u z u f u f u x x y y             . 在方程 ( ) ( ) x y u u p t dt    两边分别对,x y 求偏导数,得 ( ) ( ), ( ) ( ). u u u u u p x u p y x x y y                 所以 ( ) ( ) , 1 ( ) 1 ( ) u p x u p y x u y u              . 于是 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 ( ) 1 ( ) z z p x p y p x p y p y p x f u x y u u                      .
五、 (本题满分6 分) 【分析】题的被积函数是幂函数与指数函数两类不同的函数相乘,应
该用分部积分法. 【解析】方法1:因为 2 1 (1 ) 1 1 1 x x x x x xe x dx dx xd e e e e               分部积分 1 (1 ) 1 1 1 1 ln(1 ) , 1 x x x x x x x x x e x dx d e e e e e x e C e                    所以 2 0 lim ln(1 ) ln 2. (1 ) 1 x x x x x x xe xe dx e e e                  而 lim ln(1 ) lim ln (1 ) 1 1 x x x x x x x x x xe xe e e e e e                           lim ln(1 ) 1 x x x x xe x e e              --- [第 8 页] --- 8 lim 0 0 1 x x x e       , 故原式 ln 2  . 方法2: 2 2 0 0 0 1 (1 ) (1 ) 1 x x x x x xe xe dx dx xd e e e              0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 (1 ) ln(1 ) ln 2. 1 x x x x x x x x x dx dx e dx e e e e d e e e                              六、(本题满分5 分) 【分析】由结论可知,若令( ) ( ) x xf x   ,则 ( ) ( ) ( ) x f x xf x     .因此,只需证明( ) x  在 [0,1] 内某一区间上满足罗尔定理的条件. 【解析】令( ) ( ) x xf x   ,由积分中值定理可知,存在 1 (0, ) 2  ,使 1 1 2 2 0 0 1 ( ) ( ) ( ) 2 xf x dx x dx       , 由已知条件,有 1 2 0 1
(1) 2 ( ) 2 ( ) ( ), 2 f xf x dx        于是
(1)
(1) ( ), f     且( ) x  在( ,1)  上可导,故由罗尔定理可知,存在 ( ,1) (0,1),     使得 ( ) 0,    即 ( ) ( )
0. f f       【相关知识点】1.积分中值定理:如果函数 ( ) f x 在积分区间[ , ] a b 上连续,则在[ , ] a b 上至 少存在一个点,使下式成立:   ( ) ( )( ) b a f x dx f b a a b        . 这个公式叫做积分中值公式.
2. 罗尔定理:如果函数 ( ) f x 满足
(1) 在闭区间[ , ] a b 上连续;
(2) 在开区间  a,b 内可导; --- [第 9 页] --- 9
(3) 在区间端点处的函数值相等,即 ( ) ( ) f a f b  , 那么在  a,b 内至少有一点( a b    ),使得  0 f    . 七、(本题满分6 分) 【分析】利用函数的单调性的判定,如果在x 的某个区间上导函数  0 f x   ,则函数  f x 单调递增,反之递减. 【解析】(1)设售出商品的销售额为R ,则     2 2 ( ), ( ) . ab c p b a R pQ p c R p p b p b          令 0, R 得 0 ( ) 0 ab b p b a bc c c      . 当0 ( ) b p a bc c    时, 0 R ,所以随单价p 的增加,相应销售额R 也将增加. 当 ( ) b p a bc c   时,有 0 R ,所以随单价p 的增加,相应销售额R 将减少.
(2) 由(1)可知,当 ( ) b p a bc c   时,销售额R 取得最大值,最大销售额为 2 max ( ) ab a R b c a bc c abc                     . 八、(本题满分6 分) 【解析】令 y z x  ,则dy dz z x dx dx   . 当 0 x  时,原方程化为 2 1 dz z x z z dx     ,即 2 1 dz dx x z   ,其通解为 2 1 ln( 1 ) ln z z x C     或 2 C 1 z z x    . 代回原变量,得通解 2 2 ( 0) y x y C x     . 当 0 x  时,原方程的解与 0 x  时相同,理由如下: 令t x  ,于是 0 t  ,而且 2 2 2 2 2 2 y x y y x y y t y dy dy dx dy dt dx dt dx x x t              . --- [第 10 页] --- 10 从而有通解 2 2 ( 0) y t y C t     ,即 2 2 ( 0) y x y C x     . 综合得,方程的通解为 2 2 y x y C    . 注:由于未给定自变量x 的取值范围,因而在本题求解过程中,引入新未知函数 y z x  后得 2 2 2 1 x y x z    , 从而,应当分别对 0 x  和 0 x  求解,在类似的问题中,这一点应当牢记. 九、(本题满分8 分) 【分析】本题的(1)是考查特征值的基本概念,而(2)是把实对称矩阵合同于对角矩阵的问题 转化成二次型求标准形的问题,用二次型的理论与方法来处理矩阵中的问题. 【解析】(1)因为 3  是A 的特征值,故 3 1 0 0 1 3 0 0 3 1 3 1 3 8(2 ) 0, 0 0 3 1 1 3 1 1 0 0 1 1 y E A y y                  所以 2 y  .
(2) 由于 T A A  ,要 2 ( ) ( ) T T AP AP P A P  ,而 2 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 5 4 0 0 4 5 A             是对称矩阵,故可构造二次型 2 Tx A x ,将其化为标准形 Ty y  .即有 2 A 与合同.亦即 2 T P A P . 方法一:配方法. 由于 2 2 2 2 2 1 2 3 4 3 4 5 5 8 Tx A x x x x x x x      2 2 2 2 2 2 1 2 3 3 4 4 4 4 2 2 2 2 1 2 3 4 4 8 16 16 5( ) 5 5 25 5 4 9 5( ) , 5 5 x x x x x x x x x x x x x             那么,令 1 1 2 2 3 3 4 4 4 4 , , , , 5 y x y x y x x y x      即经坐标变换 --- [第 11 页] --- 11 1 1 2 2 3 3 4 4 1 0 0 0 0 1 0 0 , 4 0 0 1 5 0 0 0 1 x y x y x y x y                                          有 2 2 2 2 2 1 2 3 4 9 5 5 Tx A x y y y y     . 所以,取 1 0 0 0 0 1 0 0 4 0 0 1 5 0 0 0 1 P                  ,有 2 1 1 ( ) ( ) 5 9 5 T T AP AP P A P                  . 方法二:正交变换法. 二次型 2 2 2 2 2 1 2 3 4 3 4 5 5 8 Tx A x x x x x x x      对应的矩阵为 2 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 5 4 0 0 4 5 A             , 其特征多项式 2 3 1 0 0 0 0 1 0 0 ( 1) ( 9) 0 0 5 4 0 0 4 5 E A                   . 2 A 的特征值 1 2 3 4 1, 1, 1, 9         .由 2 1 ( ) 0 E A x    ,即 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 4 0 0 0 4 4 0 x x x x                                    , 和 2 4 ( ) 0 E A x    ,即 1 2 3 4 8 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 4 4 0 0 0 4 4 0 x x x x                                  , 分别求得对应 1,2,3 1  的线性无关特征向量 --- [第 12 页] --- 12 1 2 3 (1,0,0,0) , (0,1,0,0) , (0,0,1, 1) T T T        , 和 4 9  的特征向量 4 (0,0,1,1)T  . 对 1 2 3 , , 用施密特正交化方法得 1 2 3 , ,  ,再将 4 单位化为 4 ,其中: 1 2 3 4 1 1 1 1 (1,0,0,0) , (0,1,0,0) , (0,0, , ) , (0,0, , ) 2 2 2 2 T T T T          . 取正交矩阵   1 2 3 4 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 , , , 2 2 1 1 2 2 P                       , 则 1 2 2 1 1 1 9 T P A P P A P               , 即 2 1 1 ( ) ( ) 1 9 T T AP AP P A P              . 十、(本题满分8 分) 【解析】证法1:(定义法)若有一组数 1 2 , , , , , t k k k k  使得 1 1 2 2 ( ) ( ) ( ) 0, t t k k k k                
(1) 则因 1 2 , , , t    是 0 AX  的解,知 0( 1,2, , ) i A i t    ,用A 左乘上式的两边,有 1 2 ( ) 0 t k k k k A       .
(2) 由于 0 A ,故 1 2 0 t k k k k       . 对(1)重新分组为 1 2 1 1 2 2 ( ) 0 t t t k k k k k k k                .
(3) 把(2)代入(3)得 1 1 2 2 0 t t k k k         . 由于 1 2 , , , t    是基础解系,它们线性无关,故必有 1 2 0, 0, , 0 t k k k     . --- [第 13 页] --- 13 代入(2)式得: 0 k  . 因此向量组 1 2 , , , , t          线性无关. 证法2:(用秩)经初等变换向量组的秩不变.把第一列的-1 倍分别加至其余各列,有     1 2 1 2 , , , , , , , , . t t              因此     1 2 1 2 , , , , , , , , . t t r r              由于 1 2 , , , t    是基础解系,它们是线性无关的,秩  1 2 , , , t r t     ,又必不能 由 1 2 , , , t    线性表出(否则 0 A ),故  1 2 , , , , 1 t r t    . 所以   1 2 , , , ,
1. t r t           即向量组 1 2 , , , , t          线性无关. 十一、(本题满分7 分) 【解析】设一周5 个工作日内发生故障的天数为X ,则X 服从二项分布即 (5,0.2) B . 由二项分布的概率计算公式,有   5 0
0. 8
0. 32768, P X      1 4 5 1
0. 8
0. 2
0. 4096, P X C       2 3 2 5 2
0. 8
0. 2
0. 2048, P X C             3 1 0 1 2
0. 05792. P X P X P X P X         设一周内所获利润Y (万元),则Y 是X 的函数,且 10, 0, 5, 1, ( ) 0, 2, 2,
3. X X Y f X X X             若 若 若 若 由离散型随机变量数学期望计算公式, 10 0.32768 5 0.4096 2 0.05792
5. 20896 EY      (万元). 【相关知识点】1.二项分布的概率计算公式: 若 ( , ) Y B n p  ,则  (1 ) k k n k n P Y k C p p     , 0,1, , k n   .
2. 离散型随机变量数学期望计算公式:   1 ( ) n k k k E X x P X x      . --- [第 14 页] --- 14 十二、(本题满分6 分) 【解析】一枚色子(骰子)接连掷两次,其样本空间中样本点总数为36. 设事件 1A “方程有实根”, 2 A “方程有重根”,则   2 2 1 4 0 4 B A B C C            . 用列举法求有利于 iA 的样本点个数( 1,2 i  ),具体做法见下表: 有利于的意思就是使不等式 2 4 B C  尽可能的成立,则需要B 越大越好,C 越小越好. 当B 取遍1,2,3,4,5,6 时,统计C 可能出现的点数有多少种. B 1 2 3 4 5 6 有利于 1A 的样本点数 0 1 2 4 6 6 有利于 2 A 的样本点数 0 1 0 1 0 0 由古典型概率计算公式得到 1 1 2 4 6 6 19 ( ) , 36 36 p P A        2 1 1 1 ( ) . 36 18 q P A     【相关知识点】古典型概率计算公式: ( ) . i i A P A 有利于事件的样本点数 样本空间的总数 十三、(本题满分6 分) 【解析】依题意, 1 2 , , , n X X X  独立同分布,可见 2 2 2 1 2 , , , n X X X  也独立同分布.由 ( 1,2,3,4) k k EX a k   及方差计算公式,有 2 2 4 2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 4 2 2 1 1 , ( ) , 1 1 1 , ( ). i i i i n n n i n i i i EX a DX EX EX a a EZ EX a DZ DX a a n n n               因此,根据中心极限定理 2 2 4 2 ( ) n n Z a U a a n    的极限分布是标准正态分布,即当n 充分大时, n Z 近似服从参数为 2 4 2 2 ( , ) a a a n  的正态分 布. 【相关知识点】1.列维-林德伯格中心极限定理,又称独立同分布的中心极限定理: 设随机变量 1 2 , , , n X X X  独立同分布,方差存在,记与 2   0   分别是它们 --- [第 15 页] --- 15 相同的期望和方差,则对任意实数x ,恒有 1 1 lim ( ) ( ), n i n i P X n x x n               其中 ( )x  是标准正态分布函数.
2. 方差计算公式: 2 2 ( ) ( ) ( ) D X E X E X   .