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1998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 1998 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 e 【解析】曲线 n y x  在点(1,1) 处的切线斜率 1 x y     1 n x x    1 1 n x n x n     ,根据点斜 式,切线方程为: 1 ( 1). y n x   令 0 y  ,代入 1 ( 1) y n x   ,则 1 1 x n  ,即在x 轴上的截距为 1 1 n n  , lim ( ) n n f   lim n n n    1 lim(1 )n n n      1 1 lim(1 ) x x x      1 e  .
(2) 【答案】 ln x C x   【解析】由分部积分公式, 2 ln 1 x dx x    1 ln 1 x dx x             1 ln 1 x d x          ln 1 1 (ln 1) x d x x x       分部 2 ln 1 1 x dx x x    ln 1 1 x dx x x           ln 1 1 x C x x     ln x C x   . 【相关知识点】分部积分公式:假定 ( ) u u x  与 ( ) v v x  均具有连续的导函数,则 , uv dx uv u vdx       或者 . udv uv vdu    
(3) 【答案】 5 1 ( 5) ( ) 12 6 t ty C t     【解析】首先把差分方程改写成标准形式 1 5 5 2 t t y y t   ,其齐次方程对应的特征方程及 特征根分别为 5 0, 5, r r    故齐次方程的通解为 ( 5) , t tY C C   为常数. 将方程右边的5 2 t 改写成5 1 2 t t  ,此处“1”不是特征根,故令非齐次方程的一个特解为 , ty At B   --- [第 2 页] --- 2 从而 1 ( 1) , ty A t B      代入原方程,得 5 ( 1) 5( ) , 2 A t B At B t      5 6 , 6 0, 2 A A B    故 5 5 , 12 72 A B   . 于是通解为 5 1 ( 5) ( ). 12 6 t t t t y Y y C t       
(4) 【答案】 2 0 0 0 4 0 0 0 2            【解析】由题设 * 2 8 A BA BA E   , 由于 2 0 A  ,所以A 可逆.上式两边左乘A ,右乘 1 A,得 * 1 1 1 2 8 AA BAA ABAA AA      2 8 A B AB E   (利用公式: * 1 , AA A E AA E    ) 2 8 A B AB E   (移项)   2 8 A E A B E   (矩阵乘法的运算法则) 将 2 A 代入上式,整理得   1 4 E A B E   . 由矩阵可逆的定义,知E A  , B 均可逆,且   1 1 4 B E A    1 1 0 0 2 0 0 2 4 0 1 0 4 0 1 0 0 0 2 1 0 0 2                              2 0 0 0 4 0 0 0 2             .
(5) 【答案】1 1 , ,2 20 100 【解析】由于 1 2 3 4 , , , X X X X 相互独立,均服从 2 (0,2 ) N ,所以由数学期望和方差的性质, 得 2 2 2 1 2 1 2 ( 2 ) 0, ( 2 ) 1 2 2 2 20 E X X D X X        , 所以 1 2 ( 2 ) (0,20) X X N  ,同理 3 4 (3 4 ) (0,100) X X N  . --- [第 3 页] --- 3 又因为 1 2 ( 2 ) X X  与 3 4 (3 4 ) X X  相互独立,且 1 2 1 ( 2 ) (0,1) 20 X X N  ; 3 4 1 (3 4 ) (0,1) 100 X X N  , 由 2 分布的定义,当 1 1 , 20 100 a b   时, 2 2 2 1 2 3 4 1 1 ( 2 ) (3 4 )
(2) 20 100 X X X X X      . 即当 1 1 , 20 100 a b   时, X 服从 2 分布,其自由度为2 . 严格地说,当 1 0, 100 a b   时, 2(1) X  ;当 1 , 0 20 a b   时, 2(1) X  也是正确的. 【相关知识点】1、对于随机变量X 与Y 均服从正态分布,则X 与Y 的线性组合亦服从正态 分布. 若X 与Y 相互独立,由数学期望和方差的性质,有 ( ) ( ) ( ) E aX bY c aE X bE Y c      , 2 2 ( ) ( ) ( ) D aX bY c a D X b D Y     , 其中, , a b c 为常数.
2、 定理:若 2 ( , ) X N  ,则 (0,1) X N    .
3、 2 分布的定义:若 1, , n Z Z  相互独立,且都服从标准正态分布 (0,1) N ,则 2 2 1 ~ ( ) n i i Z n   .
二、 选择题(本题共5 小题,每小题3 分,共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】根据导数定义:  0 ( ) ( ) lim x f x x f x f x x       0
(1) (1 ) lim 2 x f f x x    0 1 (1 )
(1) lim 2 x f x f x      1
(1) 2 f   1  所以 0 (1 )
(1)
(1) lim
2. x f x f f x        因为 ( ) f x 周期为4, ( ) f x  的周期亦是4,即 ( ) ( 4) f x f x     , 所以
(5) f  (1 4) f   
(1) 2 f    . 所以曲线 ( ) y f x  在点  5,
(5) f 处的切线的斜率为
(5) f 
(1) 2 f   .选(D). --- [第 4 页] --- 4
(2) 【答案】(B) 【分析】讨论由极限表示的函数的性质,应分两步走.先求出该 ( ) f x 的(分段)表达式,然 后再讨论 ( ) f x 的性质.不能隔着极限号去讨论. 【解析】现求 ( ) f x 的(分段)表达式: 当 1 x  时, 2 1 ( ) lim 1 n n x f x x     2 1 2 2 lim 1 n n n n x x x            2 1 2 2 lim 0 1 lim 1 n n n n n x x x          0  ; 当 1 x  时, 2 1 ( ) lim 1 n n x f x x     2 1 1 lim1 1 n n    2 2  1  ; 当 1 x 时, 2 1 ( ) lim 1 n n x f x x       2 1 1 lim 1 1 n n    0 2  0  ; 当 1 x 时, 2 1 ( ) lim 1 n n x f x x         2 lim 1 lim 1 n n n x x      2 0 1 1 n x x     1 x  . 由此, 0, 1, 0, 1, ( ) 1 , 1, 1, 1, 0,
1. x x f x x x x x               当 当 当 当 当 即 0, 1 1, ( ) 1 , 1, 1,
1. x x f x x x x              当 或 当 当 再讨论函数 ( ) f x 的性质:在 1 x 处,  1 lim x f x     1 lim 1 x x     1 1  0  ,    1 lim 1 0 x f x f      , 所以,   1 1 lim lim 0 x x f x f x       ,函数 ( ) f x 在 1 x 处连续,不是间断点. 在 1 x  处,  1 lim x f x   1 lim 0 x    0  ;  1 lim x f x     1 lim 1 x x     2  ; 所以  1 lim x f x    1 lim x f x    ,函数 ( ) f x 在 1 x  处不连续,是第一类间断点.故选(B).
(3) 【答案】(C) 【解析】方法1:由 0 AB  知( ) ( ) 3 r A r B   ,又 0, 0 A B   ,于是1 ( ) 3, r A   1 ( ) 3 r B   ,故 0, 0 A B   ,即 --- [第 5 页] --- 5 2 2 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 (1 ) 0 1 1 1 1 1 1 A                         , 得
1.  应选(C). 方法2:由 0 AB  知( ) ( ) 3 r A r B   ,又 0, 0 A B   ,于是1 ( ) 3, r A   1 ( ) 3 r B   ,故 0 B  . 显然, 1  时 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A           ,有1 ( ) 3, r A   故应选(C). 作为选择题,只需在 2 与 1  中选择一个,因而可以用特殊值代入法. 评注:对于条件 0 AB  应当有两个思路:一是B 的列向量是齐次方程组 0 Ax  的解;二是 秩的信息,即( ) ( ) r A r B n   ,要有这两种思考问题的意识.
(4) 【答案】(B) 【解析】 1 1 1 1 1 0 0
(1) 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 a a a a a a a a a a a A a a a a a a a a a a                                                         1 ( 1) 0 1 0 0
(2) 0 0 1 0 0 0 0 1 n a a a a a a a                               其中(1) 变换:将1 行乘以(-1)再分别加到其余各行;(2) 变换:将其余各列分别加到第1 列. 由阶梯形矩阵知,当1 ( 1) 0 n a    ,即 1 1 a n  时,有( ) 1 r A n  ,故应选(B).
(5) 【答案】(A) 【解析】根据分布函数的性质lim ( ) 1 x F x   ,即 1 2 1 lim ( ) ( ) ( ) ( ) x F x F aF bF a b        . 在所给的四个选项中只有(A)满足 1 a b  ,故应选(A). 【相关知识点】分布函数  F x 的性质: --- [第 6 页] --- 6 y x O
(1)  F x 单调不减;
(2) lim ( ) ( ) 0, lim ( ) ( ) 1; x x F x F F x F      
(3)  F x 是右连续的.
三、 (本题满分5 分) 【解析】 arctan arctan 2 2 2 2 ( )
( ) ( ) y y x x dz e d x y x y d e         arctan 2 2 arctan 2 2 2 arctan 2 2 arctan 2 2 ( ) ( arctan ) 1 2 2 ( ) ( ) 1 ( ) 2 2 (2 ) (2 ) y x y x y x y x y e xdx ydy x y d x y e xdx ydy x y d y x x xdy ydx e xdx ydy x x e x y dx y x dy                                              由全微分与偏微分的关系可知,其中dx 的系数就是z x   ,即 arctan (2 ) y x z x y e x     .再对y 求偏 导数,得 2 2 2 arctan arctan arctan 2 2 2 2 1 1 (2 ) . 1 y y y x x x z y xy x e x y e e y x y x x y x                         
四、 (本题满分5 分) 【解析】 2 2 {( , ) } D x y x y x
   表示圆心为1 ,0 2       ,半径为 1 2 的圆及其内部,画出区域D ,如右图. 方法1:   2 2 ( , ) | 0 1, D x y x x x y x x        所以, 2 2 1 1 1 2 0 0 0 2 2 1 x x x x D xdxdy xdx dy x x x dx x xdx              , 令1 x t   ,则 2 1 x t  , 2 dx tdt  , :1 0 t  所以 上式 1 3 5 0 1 2 2 2 1 0 0 8 2 (1 ) ( 2 ) 4 (1 ) 4 3 5 15 t t t t t dt t t dt                 . --- [第 7 页] --- 7 方法2:引入极坐标系 cos , sin x r y r     ,于是 ( , ) | ,0 cos 2 2 D r r                  , 3 cos cos 2 2 2 0 0 2 2 3 2 0 cos cos 4 8 cos . 5 15 D xdxdy d r rdr d r dr d                        其中倒数第二步用了华里士公式: 2 0 1 3 4 2 cos 1 2 5 3 n n n d n n              ,其中n 为大于1 的正奇数.
五、 (本题满分6 分) 【分析】根据连续复利公式,在年利率为r 的情况下,现时的A
(元)在t 时的总收入为 ( ) ert R t A  ,反之,t 时总收入为 ( ) R t 的现值为 ( ) ( )e rt A t R t   ,将 2 5 0 t R R e  代入即得到总收 入的现值与窖藏时间t 之间的关系式,从而可用微分法求其最大值. 【解析】由连续复利公式知,这批酒在窖藏t 年末售出总收入R 的现值为 ( ) e rt A t R   ,而由题 设,t 年末的总收入 2 5 0 t R R e  ,据此可列出 ( ) A t : 2 5 0 ( ) e e t rt rt A t R R     , 令 dA dt 2 5 0 e t rt d R dt         2 5 0 1 e 0 5 t rt R r t          , 得惟一驻点 0 2 1 25 t t r   . 2 2 d A dt d dA dt dt        2 5 0 1 e 5 t rt d R r dt t                2 2 5 5 0 0 1 1 e e 5 5 t rt t rt d d R r R r dt dt t t                        2 2 2 5 5 0 0 3 1 1 5 10 t rt t rt R e r R e t t                  2 2 5 0 3 1 1 5 10 t rt R e r t t                  0 1 2 3 25 0 2 ( 12.5 ) 0 r t t d A R e r dt     . --- [第 8 页] --- 8 根据极值的第二充分条件,知: 0 t t  是 ( ) A t 的极大值点,又因驻点惟一,所以也是最大值 点.故窖藏 2 1 25 t r  年出售,总收入的现值最大. 当
0. 06 r  时,   2 1 25
0. 06 t   100 11 9   (年). 【相关知识点】极值的第二充分条件:设函数 ( ) f x 在 0x 处具有二阶导数且 0 ( ) 0 f x   , 0 ( ) 0 f x   ,当 0 ( ) 0 f x   时,函数 ( ) f x 在 0x 处取得极大值;当 0 ( ) 0 f x   时,函数 ( ) f x 在 0x 处取得极小值. 六、(本题满分6 分) 【分析】本题要证的结论中出现两个中值点和,这种问题一般应将含有和的项分别 移到等式两边后再用微分中值定理,为此本题只要证 ( )( ) ( ) ( ) b a f b a e e f e          . 【解析】方法1: 函数 ( ) f x 在  ,a b 上连续,在( , ) a b 内可导,满足拉格朗日中值定理的条件, 对函数 ( ) f x 在  ,a b 上用拉格朗日中值定理,有 ( ) ( ) ( )( ), . f b f a f b a a b         又函数 ( ) f x 与 xe 满足柯西中值定理的条件,将函数 ( ) f x 与 xe 在  ,a b 上用柯西中值定理, 有 ( ) ( ) ( ) , b a f b f a f a b e e e         ,即 ( ) ( ) ( ) b a f f b f a e e e      ( ) . 从而有 ( ) ( )( ) b a f f b a e e e        ( ) ,即 ( ) , , ( , ) ( ) b a f e e e a b f b a             . 方法2:题中没有限制   ,因此取   ,即成为要去证存在 ( , ) a b  使 . b a e e e b a     在  ,a b 上对函数 xe 用拉格朗日中值定理,存在 ( , ) a b  使 ,
1. b a b a e e e e e e b a b a           即 再取   ,则 ( ) 1 ( ) b a f e e e f b a           ,原题得证. --- [第 9 页] --- 9 【相关知识点】1.拉格朗日中值定理: 如果函数 ( ) f x 满足在闭区间[ , ] a b 上连续,在开区间  ,a b 内可导,那么在  ,a b 内至 少有一点( ) a b     ,使等式 ( ) ( ) ( )( ) f b f a f b a      成立.
2. 柯西中值定理:如果函数 ( ) f x 及 ( ) F x 满足
(1) 在闭区间[ , ] a b 上连续;
(2) 在开区间( , ) a b 内可导;
(3) 对任一 ( , ) x a b  , ( ) 0 F x   , 那么在( , ) a b 内至少有一点,使等式 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) f b f a f F b F a F        成立. 七、(本题满分6 分) 【解析】(1)由 2 1 y nx n   与 2 1 ( 1) 1 y n x n     得
1 . ( 1) na n n   因图形关于y 轴对称,所以,所求图形的面积为 2 2 0 3 2 0 1 1 2 ( 1) 1 2 1 4 1 2
2 . ( 1) ( 1) 3 3 ( 1) ( 1) n n a n a n n S nx n x dx n n a a x dx n n n n n n n n                               
(2) 由(1)的结果知 4 1 4 1 1 ( ) 3 ( 1) 3 1 n n S a n n n n      , 根据级数和的定义, 1 1 1 4 1 1 4 1 4 lim lim lim 1 . 3 1 3 1 3 n n n k n n n n k k n k S S a a k k n                               八、(本题满分7 分) 【分析】本题是微分方程的几何应用问题.在题目中给出了由曲线 ( ) y f x  等围成的平面图 形绕x 轴旋转一周所形成的旋转体体积 ( ) V t 与包含函数f 的一个恒等式,这正是列方程的 依据. 【解析】由绕x 轴旋转的旋转体体积公式得 2 1 ( ) ( ) t V t f x dx   ,于是,依题意得 --- [第 10 页] --- 10 2 2 1 ( ) ( )
(1) 3 t f x dx t f t f          ,即 2 2 1 3 ( ) ( )
(1) t f x dx t f t f    . 两边对t 求导,化成微分方程 2 2 3 ( ) 2 ( ) ( ) f t tf t t f t   , 其中 ( ) f t 为未知函数.按通常以x 表示自变量, y 表示未知函数 ( ) f t ,于是上述方程可写为 2 2 3 2 , x y y xy   即 2 3( ) 2( ). dy y y dx x x   这是一阶齐次微分方程.令y ux  ,有dy du u x dx dx    ,则上式化为 2 ( ) 3 2 , du u x u u dx    即 3 ( 1). du x u u dx   (*) 若 0 u  ,则 0, y ux   不满足初始条件 2 2 9 x y  ,舍弃; 若 1 u  ,则 , y ux x   也不满足初始条件 2 2 9 x y  ,舍弃; 所以, 0 u  ,且 1 u  . 由(*)式分离变量得 3 , ( 1) du dx u u x   两边积分得 3 1 u Cx u  .从而方程(*)的通解为 3 , y x Cx y C   为任意常数. 再代入初值,由 2 2 9 x y  ,得 1 C ,从而所求的解为 3 3 , ,( 1). 1 x y x x y y x x      或 【相关知识点】1. 对积分上限的函数的求导公式:若 ( ) ( ) ( ) ( ) t t F t f x dx    , ( )t  , ( )t  均一 阶可导,则     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) F t t f t t f t            . 九、(本题满分9 分) 【解析】(1)对等式 0 T  两边取转置,有  0 T T T     ,即 0 T  . 利用 0 T  及矩阵乘法的运算法则,有   2 2 T T T A       0 0 T T T T       0  , 即 2 A 是n 阶零矩阵. --- [第 11 页] --- 11
(2) 设是A 的任一特征值, ( 0)  是A 属于特征值的特征向量,即A   . 对上式两边左乘A 得 2 A  ( ) ( ) A A        2   , 由(1) 的结果 2 0 A  , 得 2 2 0 A     ,因 0  ,故 0  ( n 重根),即矩阵的全部特征值为零. 下面求A 的特征向量:先将A 写成矩阵形式   1 1 1 1 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 , , , n n T n n n n n n a a b a b a b a a b a b a b A b b b a a b a b a b                                     . 不妨设 1 1 0, 0 a b   ,则有 1 1 1 2 1 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 1 2 1 2 (0 ) 1 ( ) 0 1 ( 2, , ) n n n n n n n n n n n n n i a b a b a b b b b a b a b a b a b a b a b E A a a b a b a b a b a b a b b b b a i i n                                                             行 行 加到行 0 0 0 0 0                 于是得方程组(0 ) 0 E A x   同解方程组 1 1 2 2 0 n n b x b x b x      ,这样基础解系所含向量 个数为 (0 ) 1 n r E A n     . 选 2, , n x x  为自由未知量,将它们的组值 1 1 1 ( ,0, ,0),(0, , ,0), (0,0, , ) b b b     代入, 可解得基础解系为 1 2 1 2 3 1 1 1 ( , ,0, ,0), ( ,0, , ,0), , ( ,0,0, , ) n n b b b b b b            则A 的属于 0  的全部特征向量为 1 1 2 2 1 1 n n k k k          ,其中 1 2 1 , , , n k k k   为不全为 零的任意常数. 十、(本题满分7 分) 【分析】由于B 是实对称矩阵, B 必可相似对角化,而对角矩阵即B 的特征值,只要求出 B 的特征值即知,又因正定的充分必要条件是特征值全大于零, k 的取值亦可求出. 【解析】方法1:由 --- [第 12 页] --- 12 2 1 0 1 1 1 0 2 0 ( 2) ( 2) 1 1 1 0 1 E A                        , 可得A 的特征值是 1 2 3 2,
0.       那么, kE A  的特征值是 2, 2, k k k   ,而 2 ( ) B kE A   的特征值是 2 2 2 ( 2) ,( 2) , . k k k   又由题设知A 是实对称矩阵,则 , T A A  故 2 2 2 ( ) ( ) ( ) T T T B kE A kE A kE A B                , 即B 也是实对称矩阵,故B 必可相似对角化,且 2 2 2 ( 2) 0 0 0 ( 2) 0 0 0 k B k k              . 当 2 0 k k   且 时, B 的全部特征值大于零,这时B 为正定矩阵. 方法2:由 2 1 0 1 1 1 0 2 0 ( 2) ( 2) 1 1 1 0 1 E A                        , 可得A 的特征值是 1 2 3 2,
0.       因为A 是实对称矩阵,故存在可逆矩阵P 使 1 2 2 0 P AP            ,即 1 A P P   . 那么 2 2 1 1 2 1 ( ) ( ) ( ) B kE A kPP P P P kE P               1 1 2 1 ( ) ( ) ( ) . P kE P P kE P P kE P         即 1 2 ( ) P BP kE    .故 2 2 2 ( 2) 0 0 0 ( 2) 0 0 0 k B k k             . 当 2 0 k k   且 时, B 的全部特征值大于零,这时B 为正定矩阵. 【相关知识点】1.特征值的性质:若A 有特征值,则A 的特征多项式 ( ) f A 有特征值 ( ) f .
2. 矩阵正定的充要条件是特征值全大于零. --- [第 13 页] --- 13 O 10 20 x y 2 D D 10 20 十一、(本题满分10 分) 【解析】设Z 表示商店每周所得的利润, 当Y X  时,卖得利润为 1000 Z Y  (元); 当Y X  时,调剂了Y X  ,总共得到利润 1000 500( ) 500( ) Z X Y X X Y      (元). 所以, 1000 , , 500( ), . Y Y X Z X Y Y X       由题设X 与Y 都服从区间[10,20] 上的均匀分布,联合概率密度为 1 , 10 20,10 20, ( , ) 100 0, x y f x y         其他. 由二维连续型随机变量的数学期望定义得 1 2 1 2 20 20 20 10 10 10 20 20 2 10 10 ( ) 1000 ( , ) 500( ) ( , ) 1 1 1000 500( ) 100 100 10 5 ( ) 3 10 (20 ) 5 ( 10 50) 2 20000 5 1500 14166.67( ). 3 D D D D y y E Z y f x y dxdy x y f x y dxdy y dxdy x y dxdy dy ydx dy x y dx y y dy y y dy                                元 十二、(本题满分9 分) 【解析】记事件 j B “第j 次抽到的报名表是女生表”( 1,2) j  , iA “报名表是第i 个地 区的”( 1,2,3) i  .易见, 1 2 3 , , A A A 构成一个完备事件组,且 1 1 1 2 1 3 1 { } ( 1,2,3), 3 3 7 5 { } , { } , { } . 10 15 25 i P A i P B A P B A P B A     
(1) 应用全概率公式,知 3 1 1 1 1 3 7 5 29 { } { } { } ( ) 3 10 15 25 90 i i i p P B P A P B A          .
(2) 1 2 { } q P B B  .需先计算概率 1 2 { } P B B 与 2 { } P B .对事件 1 2 B B 再次用全概率公式: --- [第 14 页] --- 14 3 1 2 1 2 1 1 3 7 7 8 5 20 20 { } { } { } ( ) 3 10 9 15 14 25 24 90 i i i P B B P A P B B A            , 由“抽签原理”可知 2 1 61 ( ) ( ) 90 P B P B   , 1 2 1 2 2 ( ) 20 90 20 { } 90 61 61 ( ) P B B q P B B P B      . 【相关知识点】1.全概率公式:如果事件 1, , n A A  构成一个完备事件组,即它们是两两互不 相容,其和为(总体的样本空间);并且   0, 1,2, , i P A i n    ,则对任一事件B 有  1 ( ) ( | ) n i i i P B P A P B A   .