第十九届北京市大学生数学竞赛本科甲乙组试题与解答
2019北京卷理科数学解析版
2019北京卷理科数学一、单选题1．已知复数z =2+i ，则z z ⋅=A B C ．3D ．5【答案】D 【解析】∵z 2i,z z (2i)(2i)5=+⋅=+-=故选D.2．执行如图所示的程序框图，输出的s 值为A ．1B ．2C ．3D ．4【答案】B 【解析】运行第一次，=1k ，2212312s ⨯==⨯-，运行第二次，2k =，2222322s ⨯==⨯-，运行第三次，3k =，2222322s ⨯==⨯-，结束循环，输出=2s ，故选B .3．已知直线l 的参数方程为13,24x t y t =+⎧⎨=+⎩（t 为参数），则点（1,0）到直线l 的距离是A ．15B ．25C ．45D ．65【答案】D 【解析】直线l 的普通方程为()()41320x y ---=,即4320x y -+=,点()1,0到直线l 的距离65d ==,故选D.4．已知椭圆2222 1x y a b+=（a ＞b ＞0）的离心率为12，则A ．a 2=2b 2B ．3a 2=4b 2C ．a =2bD ．3a =4b【答案】B 【解析】椭圆的离心率2221,2c e c a b a ===-,化简得2234a b =,故选B.【点睛】本题考查椭圆的标准方程与几何性质,属于容易题,注重基础知识､基本运算能力的考查.5．若x ，y 满足|1|x y ≤-，且y ≥−1，则3x+y 的最大值为A ．−7B ．1C ．5D ．7【答案】C 【解析】由题意1,11yy x y -≤⎧⎨-≤≤-⎩作出可行域如图阴影部分所示.设3,3z x y y z x =+=-,当直线0:3l y z x =-经过点()2,1-时,z 取最大值5.故选C.6．在天文学中，天体的明暗程度可以用星等或亮度来描述.两颗星的星等与亮度满足212152–lg E m m E =，其中星等为m 1的星的亮度为E 2（k =1,2）.已知太阳的星等是–26.7，天狼星的星等是–1.45，则太阳与天狼星的亮度的比值为A ．1010.1B ．10.1C ．lg10.1D ．10–10.1【答案】D 【解析】两颗星的星等与亮度满足12125lg 2E m m E -=,令2 1.45m =-，126.7m =-，()1212221g(1.4526.7)10.155E m m E =-=-+=，10.110.112211010E EE E -=⋅=，故选D.7．设点A ，B ，C 不共线，则“AB 与AC的夹角为锐角”是“||||AB AC BC +>”的A ．充分而不必要条件B ．必要而不充分条件C ．充分必要条件D ．既不充分也不必要条件【答案】C【解析】∵A ､B ､C 三点不共线,∴|AB +AC|>|BC|⇔|AB +AC |>|AB -AC|⇔|AB +AC |2>|AB -AC |2AB ⇔•AC >0AB ⇔与AC的夹角为锐角.故“AB 与AC 的夹角为锐角”是“|AB +AC |>|BC|”的充分必要条件,故选C.8．数学中有许多形状优美、寓意美好的曲线，曲线C ：221||x y x y +=+就是其中之一（如图）.给出下列三个结论：①曲线C 恰好经过6个整点（即横、纵坐标均为整数的点）；②曲线C ；③曲线C 所围成的“心形”区域的面积小于3.其中，所有正确结论的序号是A ．①B ．②C ．①②D ．①②③【答案】C 【解析】由221x y x y +=+得,221y x y x -=-,2222||3341,10,2443x x x y x ⎛⎫-=-- ⎪⎝⎭,所以x 可为的整数有0,-1,1,从而曲线22:1C x y x y +=+恰好经过(0,1),(0,-1),(1,0),(1,1),(-1,0),(-1,1)六个整点,结论①正确.由221x y x y +=+得,222212x y x y+++,解得222x y +≤,所以曲线C 上任意一点.结论②正确.如图所示,易知()()()()0,1,1,0,1,1,,0,1A B C D -,四边形ABCD 的面积13111122ABCD S =⨯⨯+⨯=,很明显“心形”区域的面积大于2ABCD S ,即“心形”区域的面积大于3,说法③错误.故选C.二、填空题9．函数f (x )=sin 22x 的最小正周期是__________．【答案】 2π.【解析】函数()2sin 2f x x ==142cos x -,周期为2π【点睛】本题主要考查二倍角的三角函数公式､三角函数的最小正周期公式，属于基础题.10．设等差数列{a n }的前n 项和为S n ，若a 2=−3，S 5=−10，则a 5=__________，S n 的最小值为__________．【答案】0.-10.【解析】等差数列{}n a 中,53510S a ==-,得322,3a a =-=-,公差321d a a =-=,5320a a d =+=,由等差数列{}n a 的性质得5n ≤时,0n a ≤,6n ≥时,n a 大于0,所以n S 的最小值为4S 或5S ,即为10-.11．某几何体是由一个正方体去掉一个四棱柱所得，其三视图如图所示．如果网格纸上小正方形的边长为1，那么该几何体的体积为__________．【答案】40.【解析】在正方体中还原该几何体，如图所示几何体的体积V=43-12（2+4）×2×4=4012．已知l，m是平面α外的两条不同直线．给出下列三个论断：①l⊥m；②m∥α；③l⊥α．以其中的两个论断作为条件，余下的一个论断作为结论，写出一个正确的命题：__________．【答案】如果l⊥α，m∥α，则l⊥m.【解析】将所给论断，分别作为条件、结论，得到如下三个命题：（1）如果l⊥α，m∥α，则l⊥m.正确；（2）如果l⊥α，l⊥m，则m∥α.不正确，有可能m在平面α内；（3）如果l⊥m，m∥α，则l⊥α.不正确，有可能l与α斜交、l∥α.13．设函数f（x）=e x+a e−x（a为常数）．若f（x）为奇函数，则a=________；若f（x）是R 上的增函数，则a 的取值范围是___________．【答案】-1;(],0-∞.【解析】若函数()xxf x e ae -=+为奇函数,则()()(),xx x x f x f x eae e ae ---=-+=-+，()()1 0x x a e e -++=对任意的x 恒成立.若函数()xxf x e ae -=+是R 上的增函数,则()' 0xxf x e ae-=-≥恒成立,2,0x a e a ≤≤.即实数a 的取值范围是(],0-∞14．李明自主创业，在网上经营一家水果店，销售的水果中有草莓、京白梨、西瓜、桃，价格依次为60元/盒、65元/盒、80元/盒、90元/盒．为增加销量，李明对这四种水果进行促销：一次购买水果的总价达到120元，顾客就少付x 元．每笔订单顾客网上支付成功后，李明会得到支付款的80%．①当x =10时，顾客一次购买草莓和西瓜各1盒，需要支付__________元；②在促销活动中，为保证李明每笔订单得到的金额均不低于促销前总价的七折，则x 的最大值为__________．【答案】130.15.【解析】（1）x =10，顾客一次购买草莓和西瓜各一盒，需要支付（60+80）-10=130元.（2）设顾客一次购买水果的促销前总价为y 元，120y ＜元时，李明得到的金额为y ×80%，符合要求.120y ≥元时，有（y -x ）×80%≥y ×70%成立，即8（y -x ）≥7y ，x ≤8y ，即x ≤（8y）min =15元.所以x 的最大值为15.三、解答题15．在△ABC 中，a =3，b −c =2，cos B =12-．（Ⅰ）求b ，c 的值；（Ⅱ）求sin （B –C ）的值．【答案】(Ⅰ)375a b c =⎧⎪=⎨⎪=⎩；(Ⅱ).【解析】(Ⅰ)由题意可得：2221cos 2223a c b B ac b c a ⎧+-==-⎪⎪⎪-=⎨⎪=⎪⎪⎩，解得：375a b c =⎧⎪=⎨⎪=⎩.(Ⅱ)由同角三角函数基本关系可得：3sin 2B ==，结合正弦定理sin sin b c B C =可得：sin 53sin 14c B C b ==，很明显角C为锐角，故11cos 14C ==，故()sin sin cos cos sin B C B C B C -=-=16．如图，在四棱锥P –ABCD 中，PA ⊥平面ABCD ，AD ⊥CD ，AD ∥BC ，PA =AD =CD =2，BC =3．E 为PD 的中点，点F 在PC 上，且13PF PC =．（Ⅰ）求证：CD ⊥平面PAD ；（Ⅱ）求二面角F–AE–P 的余弦值；（Ⅲ）设点G 在PB 上，且23PG PB =．判断直线AG 是否在平面AEF内，说明理由．【解析】(Ⅰ)由于PA ⊥平面ABCD ，CD ⊂平面ABCD ，则PA ⊥CD ，由题意可知AD ⊥CD ，且PA ∩AD =A ，由线面垂直的判定定理可得CD ⊥平面PAD .(Ⅱ)以点A 为坐标原点，平面ABCD 内与AD 垂直的直线为x 轴，AD ,AP 方向为y 轴，z轴建立如图所示的空间直角坐标系A xyz -，易知：()()()()0,0,0,0,0,2,2,2,0,0,2,0A P C D ，由13PF PC = 可得点F 的坐标为224,,333F ⎛⎫ ⎪⎝⎭，由12PE PD =可得()0,1,1E ，设平面AEF 的法向量为：(),,m x y z =，则()()()224224,,,,0333333,,0,1,10m AF x y z x y z m AE x y z y z ⎧⎛⎫⋅=⋅=++=⎪ ⎪⎝⎭⎨⎪⋅=⋅=+=⎩，据此可得平面AEF 的一个法向量为：()1,1,1m =- ，很明显平面AEP 的一个法向量为()1,0,0n =，cos ,3m n m n m n⋅<>==⨯，二面角F -AE -P 的平面角为锐角，故二面角F -AE -P的余弦值为3.(Ⅲ)易知()()0,0,2,2,1,0P B -，由23PG PB = 可得422,,333G ⎛⎫- ⎪⎝⎭，则422,,333AG ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，注意到平面AEF 的一个法向量为：()1,1,1m =-，其0m AG ⋅=且点A 在平面AEF 内，故直线AG 在平面AEF 内.17．改革开放以来，人们的支付方式发生了巨大转变．近年来，移动支付已成为主要支付方式之一．为了解某校学生上个月A ，B 两种移动支付方式的使用情况，从全校学生中随机抽取了100人，发现样本中A ，B 两种支付方式都不使用的有5人，样本中仅使用A 和仅使用B 的学生的支付金额分布情况如下：交付金额（元）支付方式（0,1000]（1000,2000]大于2000仅使用A 18人9人3人仅使用B10人14人1人（Ⅰ）从全校学生中随机抽取1人，估计该学生上个月A ，B 两种支付方式都使用的概率；（Ⅱ）从样本仅使用A 和仅使用B 的学生中各随机抽取1人，以X 表示这2人中上个月支付金额大于1000元的人数，求X 的分布列和数学期望；（Ⅲ）已知上个月样本学生的支付方式在本月没有变化．现从样本仅使用A 的学生中，随机抽查3人，发现他们本月的支付金额都大于2000元．根据抽查结果，能否认为样本仅使用A 的学生中本月支付金额大于2000元的人数有变化？说明理由．【解析】(Ⅰ)由题意可知，两种支付方式都是用的人数为：1003025540---=人，则：该学生上个月A ，B 两种支付方式都使用的概率4021005p ==.(Ⅱ)由题意可知，仅使用A 支付方法的学生中，金额不大于1000的人数占35，金额大于1000的人数占25，仅使用B 支付方法的学生中，金额不大于1000的人数占25，金额大于1000的人数占35，且X 可能的取值为0,1,2.()32605525p X ==⨯=，()22321315525p X ⎛⎫⎛⎫==+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，()32625525p X ==⨯=，X 的分布列为：X12()p X 6251325625其数学期望：()61360121252525E X =⨯+⨯+⨯=.(Ⅲ)我们不认为样本仅使用A 的学生中本月支付金额大于2000元的人数有变化.理由如下：随机事件在一次随机实验中是否发生是随机的，是不能预知的，随着试验次数的增多，频率越来越稳定于概率。
2019年北京卷数学(理)高考真题(选择题和填空题)详解版
绝密★本科目考试启用前2019年普通高等学校招生全国统一考试数学（理）（北京卷）本试卷共5页，150分。
考试时长120分钟。
考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。
考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第一部分（选择题共40分）一、选择题共8小题，每小题5分，共40分。
在每小题列出的四个选项中，选出符合题目要求的一项。
（1）已知复数z=2+i，则z z⋅=（A（B（C）3 （D）5考点：复数的基本概念及其四则运算概念：①；②两个实部相等,虚部互为相反数的复数互为共轭复数解析：因为所以所以z ⋅⎺z = (2+i) (2-i)=22-i2=4-(-1)=5，答案：D（2）执行如图所示的程序框图，输出的s值为（A）1 （B）2 （C）3 （D）4考点：考查程序框图的应用，考查学生逻辑推理能力、运算求解能力解析：解决此类问题最常用的方法就是代入求值法。
当k=1，s=1时，，不满足k≥3，进入循环；当k =2，s =2时，，不满足k ≥3，进入循环； 当k =3，s =2时，， 满足k ≥3，退出循环；输出s =2； 答案：B（3）已知直线l 的参数方程为13,24x t y t =+=+⎧⎨⎩（t 为参数），则点（1，0）到直线l 的距离是（A ）15（B ）25（C ）45（D ）65考点：考查点到线的距离【直线与方程】和参数方程与一般方程的转化 概念：平面中点(m,n )到直线ax+by+c =0的距离为d解析：首先，将直线l 由参数方程转变为一般方程。
由x=1+3t 可得,将t 代入至y=2+4t 中可得转化成一般方程为4x-3y+2 =0其次，根据点到直线的距离公式，代入公式算出数值即可答案：D（4）已知椭圆2222 1x y a b+=（a ＞b ＞0）的离心率为12，则（A ）a 2=2b 2（B ）3a 2=4b2（C ）a =2b （D ）3a =4b考点：椭圆的性质概念：①椭圆（a ＞b ＞0）的离心率解析：根据椭圆方程的公式可知：推出推出3a 2=4b 2 答案：B（5）若x ，y 满足|1|x y ≤-，且y ≥−1，则3x+y 的最大值为 （A ）−7（B ）1（C ）5（D ）7考点：不等式的计算及应用解析：解题思路：作图法。
2019年北京卷理科数学高考真题及答案解析(word精编)
高考提醒一轮看功夫，二轮看水平，三轮看士气梳理考纲，进一步明确高考考什么！梳理高考题，进一步明确怎么考！梳理教材和笔记，进一步明确重难点！梳理错题本，进一步明确薄弱点！抓住中低档试题。
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少做、不做难题，努力避免“心理饱和”现象的加剧。
保持平常心，顺其自然2019年普通高等学校招生全国统一考试数 学（理）（北京卷） 第一部分（选择题 共40分）一、 选择题共8小题，每小题5分，共40分。
在每小题列出的四个选项中，选出符合题目要求的一项。
(1)（A ）3 （B ）5 （C ）3 （D ）5（2）执行如图所示的程序框图，输出的s 值为（A ）1 （B ）2 （C ）3 （D ）4（3）已知直线l 的参数方程为x =1+3t y =2+4tìíî （t 为参数），则点（1，0） 到直线l 的距离是（A ）15（B）2 5（C）4 5（D）6 5（4）已知椭圆2x2a +2y2b=1（a>b>0）的离心率为12，则（A）a2=2b2.（B）3a2=4b2.（C）a=2b（D）3a=4b（5）若x,y满足的最大值为（A）-7 （B）1（C）5 （D）7（6）在天文学中，天体的明暗程度可以用星等或亮度来描述。
两颗星的星等与亮度满足m2-m1=52lgE1E2，其中星等为m k的星的亮度为E k（k=1,2）。
已知太阳的星等为-26.7，天狼星的星等为-1.45，则太阳与天狼星的亮度的比值为（A）1010.1（B）10.1（C）lg10.1（D）10-10.1（7）设点A,B,C不共线，则“与的夹角是锐角”是“的（A）充分而不必要条件（B）必要而不充分条件（C）充分必要条件（D）既不充分也不必要条件（8）数学中有许多形状优美、寓意美好的曲线，曲线C:x2+y2=1+x y就是其中之一（如图）。
给出下列三个结论：①曲线C恰好经过6个整点（即横、纵坐标均为整数的点）；②曲线C上任意一点到原点的距离都不超过2;③曲线C所围城的“心形”区域的面积小于3.其中，所有正确结论的序号是（A）①（B）②（C）①②（D）①②③第二部分(非选择题共10分)二、填空题共6小题,每小题5分，共30分。
第十九届华为杯全国研究生数学建模竞赛 题目解析
第十九届华为杯全国研究生数学建模竞赛题目解析尊敬的读者，您好！欢迎您参加第十九届华为杯全国研究生数学建模竞赛。
本文将为您详细解析本届竞赛的题目，帮助您更好地理解题目要求，掌握解题思路，提高竞赛成绩。
一、竞赛背景及意义全国研究生数学建模竞赛自创办以来，已成为我国研究生科技创新的一项重要赛事。
本届竞赛吸引了众多高校和研究机构的研究生参加，旨在培养研究生的创新意识、团队协作精神和实际问题解决能力。
华为杯作为赞助商，一直致力于支持我国研究生教育事业，推动科技创新。
二、题目分析本届竞赛题目涉及多个领域，如数学、物理、计算机科学等。
题目具有较高的难度和实用性，要求参赛者具备扎实的理论基础和实际应用能力。
以下是本届竞赛题目的简要概述：1.题目一：XXX问题（1）问题背景及描述：XXX（2）数学模型建立：XXX（3）求解方法及算法：XXX（4）结果分析与讨论：XXX2.题目二：XXX问题（1）问题背景及描述：XXX（2）数学模型建立：XXX（3）求解方法及算法：XXX（4）结果分析与讨论：XXX三、解题思路与方法1.深入阅读题目，理解题意。
在参赛过程中，首先要仔细阅读题目，确保自己对题目的理解准确无误。
2.建立数学模型。
针对题目要求，结合自身专业知识，建立合适的数学模型。
3.选择合适的求解方法。
根据数学模型，选用相应的求解方法，如数值方法、优化方法等。
4.编程实现与结果分析。
利用编程工具（如MATLAB、Python等）实现算法，得到结果，并对结果进行分析。
5.撰写论文。
按照竞赛论文格式要求，撰写论文，包括问题背景、数学模型、求解方法、结果分析等。
四、优秀论文案例解析在本届竞赛中，部分优秀论文展示了参赛者在选题、建模、求解和论文撰写等方面的出色表现。
以下是对优秀论文案例的简要分析：1.选题方面：优秀论文选题具有较强的创新性和实际意义，既体现了参赛者的专业素养，也为解决实际问题提供了新思路。
2.建模方面：优秀论文建立了较为完善的数学模型，能够较好地反映问题的本质。
2019年全国数学竞赛试题详细参考答案
中国教育学会中学数学教学专业委员会《数学周报》杯” 2013年全国初中数学竞赛试题参考答案题号-一一 _ 二 _ 三总分1〜56〜1011121314得分评卷人复查人答题时注意：1用圆珠笔或钢笔作答2•解答书写时不要超过装订线. 3.草稿纸不上交.一、选择题(共5小题，每小题6分，满分30分.以下每道小题均给出了代号为 A , B , C , D 的四个选项，其中有且只有一个选项是正确的 .请将正确选项的代号填入题后的括号 里.不填、多填或错填都得0分)1.已知实数x , y 满足 刍二=3, y 4 - y^3，则-44 y 4的值为().XXx(A ) 7 (B )(C ) 7 "3(D )52 2【答】(A ) 解：因为x 20，y 2 > 0,由已知条件得-1,13244 y 4 乡 3 3-y 2£ -y 2 6 =7.X XX程为t 2 +t-3=0，所以(一W )+ y 2 =-1, (―寸=-3X X2.把一枚六个面编号分别为1, 2, 3, 4, 5, 6的质地均匀的正方体骰子先后投掷2次，若两个正面朝上的编号分别为 m , n ,则二次函数y = x 2 • mx • n 的图象与X 轴 有两个不同交点的概率是().(D)所以另解：由已知得: 2 2 2」(一P )2+(—P )—3=0 X X Q 2) + y 2-3 = 0显然 2 2 2 2 2 -y 2，以- 2 ,y 2为根的一元二次方 XX42故 4y 4 二[(- 2)y 2]2 -2XX2 2 22)y =(T) -2 (-3)=7 X12.4 4 4 3［答］（ C ）解：基本事件总数有60 = 36,即可以得到36个二次函数.由题意知；_ =_4n >0,即卩 m 2 >4n .通过枚举知，满足条件的 m, n 有 17 对.363.有两个同心圆，大圆周上有 4个不同的点，小圆周上有 可以确定的不同直线最少有（）.2个不同的点，则这6个点 (A ) 6条 (B ) 8 条(C ) 10 条(D ) 12 条【答］（B ）解：如图，大圆周上有4个不同的点A ，B ，C ，D ，两两连线 可以确定6条不同的直线；小圆周上的两个点 E ，F 中，至少有一 个不是四边形ABCD 的对角线AC 与BD 的交点，则它与A ，B ，C ， D 的连线中，至少有两条不同于 A ，B ，C ，D 的两两连线.从而这 6个点可以确定的直线不少于 8条.当这6个点如图所示放置时，恰好可以确定 8条直线. 所以，满足条件的6个点可以确定的直线最少有8条.4 .已知AB 是半径为1的圆O 的一条弦，且 AB 二a ：：：1 .以AB 为一边在圆O 内作正△ ABC ，点D 为圆O 上不同于点A 的一点，且DB 二AB 二a ， AE 的长为（）.(B) 1（C ）乎【答］（B ）解:女口图，连接 OE ，OA ，OB .设.D =:，贝UECA=120- EAC .11又因为 ABO ABD 60180 -2：-120 -:22所以△ ACE 也△ ABO ，于是AE = OA = 1 .另解：如图，作直径EF ，连结AF ，以点B 为圆心，AB 为半径 作。
2019年北京卷 理科数学真题(解析版)
2019年北京卷 理科数学真题（解析版）一、选择题：每小题5分，共40分。
1.已知复数z =2+i ，则z z ⋅=（ ） A.3B.5C. 3D. 5【答案】D 【详解】∵z 2i,z z (2i)(2i)5=+⋅=+-= 故选D.2.执行如图所示的程序框图，输出的s 值为（ ）A. 1B. 2C. 3D. 4【答案】B【详解】运行第一次， =1k ，2212312s ⨯==⨯- ，运行第二次，2k = ，2222322s ⨯==⨯- ，运行第三次，3k = ，2222322s ⨯==⨯- ，结束循环，输出=2s ，故选B .3.已知直线l 的参数方程为13,24x t y t =+⎧⎨=+⎩（t 为参数），则点（1,0）到直线l 的距离是（ ）A.15B.25C.45D.65【答案】D【详解】直线l 的普通方程为()()41320x y ---=,即4320x y -+=,点()1,0到直线l 的距离226543d ==+,故选D.4.已知椭圆2222 1x y a b+=（a ＞b ＞0）的离心率为12，则（ ）A. a 2=2b 2B. 3a 2=4b 2C. a =2bD. 3a =4b【答案】B 【详解】椭圆的离心率2221,2c e c a b a ===-,化简得2234a b =,故选B.5.若x ，y 满足|1|x y ≤-，且y ≥−1，则3x+y 的最大值为（ ） A. −7 B. 1C. 5D. 7【答案】C 【详解】由题意1,11yy x y-≤⎧⎨-≤≤-⎩作出可行域如图阴影部分所示.设3,3z x y y z x =+=-,当直线0:3l y z x =-经过点()2,1-时,z 取最大值5.故选C.6.在天文学中，天体的明暗程度可以用星等或亮度来描述.两颗星的星等与亮度满足212152–lg E m m E =，其中星等为m k 的星的亮度为E k （k =1,2）.已知太阳的星等是–26.7，天狼星的星等是–1.45，则太阳与天狼星的亮度的比值为（ ） A. 1010.1 B. 10.1C. lg10.1D. 10–10.1【答案】D【详解】两颗星的星等与亮度满足12125lg 2E m m E -= , 令2 1.45m =- ，126.7m =- ，()1212221g( 1.4526.7)10.155E m m E =-=-+=，10.110.112211010E EE E -=⋅= ， 故选D.7.设点A ，B ，C 不共线，则“AB 与AC 的夹角为锐角”是“||||AB AC BC +>”的（ ） A. 充分而不必要条件 B. 必要而不充分条件 C. 充分必要条件 D. 既不充分也不必要条件【答案】C【详解】∵A ､B ､C 三点不共线,∴|AB +AC |>|BC |⇔|AB +AC |>|AB -AC |⇔|AB +AC |2>|AB -AC |2AB ⇔•AC >0AB ⇔与AC的夹角为锐角.故“AB 与AC 的夹角为锐角”是“|AB +AC |>|BC |”的充分必要条件,故选C.8.数学中有许多形状优美、寓意美好的曲线，曲线C ：221||x y x y +=+就是其中之一（如图）.给出下列三个结论：①曲线C 恰好经过6个整点（即横、纵坐标均为整数的点）； ②曲线C 2； ③曲线C 所围成的“心形”区域的面积小于3. 其中，所有正确结论的序号是（ ） A. ① B. ②C. ①②D. ①②③【答案】C详解】由221x y x y +=+得,221y x y x -=-,2222||3341,10,2443x x x y x ⎛⎫-=-- ⎪⎝⎭, 所以x 可为的整数有0,-1,1,从而曲线22:1C x y x y +=+恰好经过(0,1),(0,-1),(1,0),(1,1), (-1,0),(-1,1)六个整点,结论①正确.由221x y x y +=+得,222212x y x y +++,解得222x y +≤,所以曲线C 上任意一点到原点的距离都不2结论②正确.如图所示,易知()()()()0,1,1,0,1,1,,0,1A B C D -,四边形ABCD 的面积13111122ABCD S =⨯⨯+⨯=,很明显“心形”区域的面积大于2ABCD S ,即“心形”区域的面积大于3,说法③错误.故选C.二、填空题共6小题，每小题5分，共30分。
第15届北京市大学生(非数学专业)数学竞赛本科甲.乙组试题及解析
第十五届北京市大学生（非数学专业） 数学竞赛本科甲、乙组试题及解析(本试题共九道 、 甲组九题全做，乙组只做前七题） （2004年10月10日 上午9：00~11：00）一、填空题1.在0=x 的附近与函数x x f sec )(=的差为2x 的高阶无穷小的二次多项式为 ．解 应填.2112x +因为,1)0(,0)0(,1)0(=''='=f f f 有泰勒公式知 ).(211)(22x x x f ++= 2.设曲线)(x f y =与x y sin =在原点相切，则极限=∞→)2(lim nnf n ．解 应填.2因为,1|)(sin )0(,00sin )0(0='='===x x f f 由导数的定义知.2)0(22)0()2(lim2)2(lim ='=-=∞→∞→f nf n f nnf n n 3.设,)1sin(sin 1cos )1(2cos ),(-++--+==y x x y y sianxy y x f z 则=∂∂)1,0(|y z．解 应填.1-1)1sin(1)(1()1(lim 1)1,0(),0(lim)1,0(11-=-+---=--='→→y y y y f y f f y y y 4.设)(x f 有连续导数且,0)(lim≠=→a xx f x 又⎰-=x dt t f t x x F 02,)()()(当0→x 时)(x F '与nx 是同阶无穷小，则=n ． 解 应填2. 因为⎰⎰-=xxdt t tf dt t f xx F 02)()()(，)(x f 与ax 是等价无穷小),0(→x.00)0()0(2)()(2lim)()(2lim)()(2lim00=='='==→→→⎰⎰af f x f x f x f dtt f x xf dtt f x x xx xx)()()(2)(20x xf x f x dt t f x x F x --=⎰与)(x xf -等价，因而与2ax -等价。
第十九届北京市大学生数学竞赛本科甲乙组试题与解答
第十九届北京市大学生数学竞赛本科甲、乙组试题解答一、填空题（每小题3分，共30分）1. ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-+∞→1)2(lim 6123x e x x x x x = 1/6 . 2．设)(x f 连续，在1=x 处可导，且满足 ,0,)(8)sin 1(3)sin 1(→+=--+x x o x x f x f 则曲线)(x f y =在1=x 处的切线方程为 y =2x －2 . 3. 设243),(lim220=+-+→→yx yx y x f y x , 则 ='+')0,0()0,0(2y x f f －2 . 4．设函数()u ϕ可导且(0)1ϕ=，二元函数()xyz x y e ϕ=+满足0z z x y∂∂+=∂∂，则()u ϕ=24u e - . 5. 设D 是由曲线x y sin = )22(π≤≤π-x 和直线2π-=x , 1=y 所围成的区域, f 是连续函数, 则=++=⎰⎰Ddxdy y x f y x I )](1[223 －2 .6. 123ln 1ln 1ln 1ln 1lim 123n n n n n n n n n n n n n n n →+∞⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪++++= ⎪++++ ⎪⎝⎭L 2ln 21- .7. 数项级数∑∞=--1)!2()!2()1(n nn n n n 的和=S －1+cos1+ln2.8. 计算积分⎰⎰⎰++π=1021010)](6[cos dz z y x dy dx I = 1/2 . 9. 已知入射光线的路径为23141-=-=-z y x , 则此光线经过平面01752=+++z y x 反射后的反射线方程为41537-=+=+z y x . 10. 设曲线222:a y xy x C =++的长度为L , 则=++⎰C y x y x ds e e e b e a )sin()sin()sin()sin(L b a 2+ . 二、(10分) 设()f x 在[,)a +∞上二阶可导，且,0)(,0)(<'>a f a f 而当a x >时, ,0)(≤''x f 证明在(,)a +∞内，方程()0f x =有且仅有一个实根．证明 由于当x a >时，,0)(≤''x f 因此'()f x 单调减，从而'()'()0f x f a ≤<，于是又有()f x 严格单调减．再由()0f a >知，()f x 最多只有一个实根．下面证明()0f x =必有一实根．当x a >时，()()'()()'()()f x f a f x a f a x a ξ-=-≤-， 即 ()()'()()f x f a f a x a ≤+-，上式右端当x →+∞时，趋于-∞，因此当x 充分大时，()0f x <，于是存在b a >，使得()0f b <，由介值定理存在()a b ηη<<，使得()0f η=．综上所述，知()0f x =在(,)a +∞有而且只有一个实根． 三、(10分)设),(y x f 有二阶连续偏导数,),(),(22y x e f y x g xy +=, 且))1((1),(22y x o y x y x f +-+--=, 证明),(y x g 在)0,0(取得极值, 判断此极值是极大值还是极小值, 并求出此极值.解 ))1(()1(),(22y x o y x y x f +-+---=, 由全微分的定义知 0)0,1(=f 1)0,1()0,1(-='='y x f f .x f y e f g xy x 221⋅'+⋅'=' y f x e f g xy y 221⋅'+⋅'=' 0)0,0(='x g 0)0,0(='y g2222121121122)2()2(2f x x f y e f y e f y e x f y e f g xyxy xy xy x '+⋅''+⋅''+⋅'+⋅''+⋅''='' x y f x e f e xy e f y e y f x e f g xyxy xy xy xy xy 2)2()()2(222111211⋅''+⋅''++⋅'+⋅''+⋅''='' 2222121121122)2()2(2f y y f x e f x e f x e y f x e fg xyxy xy xy y '+⋅''+⋅''+⋅'+⋅''+⋅''='' A=2)0,1(2)0,0(22-='=''f g x ， 1)0,1()0,0(1-='=''=f g B xy ，2)0,1(2)0,0(22-='=''=f g C y 032>=-B AC , 且0<A , 故0)0,1()0,0(==f g 是极大值.四、(10分) 设f (x )在 [0,1] 上连续, f (0)= f (1) , 求证: 对于任意正整数ｎ，必存在]1,0[∈n x ，使)1()(nx f x f n n +=．证明 令.,]11,0[)(),1()()(m M nx n x f x f x 及最小值所以有最大值上连续在-+-=φφ 于是有 ,1,,1,0,)(-=≤≤n k M n k m Λφ 所以 .)(11M nknm n k ≤≤∑-=φ故存在],11,0[nx n -∈ 使 .0)]1()0([1)]1()1()2()1()1()0([1)]1()1()0([1)(1)(10=-=--++-+-=-+++==∑-=f f nf n n f n f n f n f f n n n n n n k n x n k n ΛΛφφφφφ)1()(nx f x f n n +=．五、(10分)是其中求且有连续的二阶导数设)(,)()(lim,0)(,0)0()0(,)(0)(00x u dtt f dtt f x f f f x f x x u x ⎰⎰+→>''='=.))(,()(轴上的截距处切线在在点曲线x x f x x f y =).(2)()()0()()()0(21)(.)]([)()()(,)()()(),)(()(222x o xx u x o x f x f x o x f x f x f x f x f x u x f x f x x u x x X x f x f Y +=+''='+''='''=''-=-'=-，知，由于是轴上的截距为它在切线方程：解.81)]()0([))](()()0(21)[(lim )]([)())((lim )()())((lim )()(lim 22202000)(00=+''+''''='''='=++++→→→→⎰⎰x o x f x u o x u f x f x f x f x u f x f x u x u f dtt f dtt f x x x x x u x 由洛必达法则有六、(10分) 设函数)(x f 具有连续导数,在围绕原点的任意光滑简单闭曲面S 上,积分⎰⎰--Sxzdxdy e dzdx x xyf dydz x xf 2)()( 的值恒为同一常数.(1)证明: 对空间区域0>x 内的任意光滑简单闭曲面∑,有0)()(2=--⎰⎰∑zdxdy e dzdx x xyf dydz x xf x; (2) 求函数)0)((>x x f 满足1)(lim 0=+→x f x 的表达式.(1)证明:如图,将∑分解为∑+=21S S,另做曲面3S 围绕原点且与∑相接, 则⎰⎰∑+-xdxdy z dzdx x yf dydz x f sin )()(-+-=⎰⎰+31sin )()(S S xdxdy z dzdx x yf dydz x f ⎰⎰+-+-32sin )()(S S xdxdy z dzdx x yf dydz x f =0.(2) 由(1)可知, 0)()()('2≡--+xe x xf x f x xf ,其通解为x Ce e x f x x +=2)(, 由1lim )(lim 200=+=++→→x Ce e x f x x x x , 得1-=C ,故)0()(2>-=x xe e xf xxO七、(10分) 如图, 一平面均匀薄片是由抛物线)1(2x a y -= )0(>a 及x 轴所围成的, 现要求当 此薄片以)0,1(为支点向右方倾斜时, 只要θ角不超过ο45, 则该薄片便不会向右翻倒,问参数a 最大不能超过多少? 解 0=x 522)1(010)1(01022adydx ydy dx dxdyydxdyy x a x a DD===⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰-- 倾斜前薄片的质心在)52,0(aP , 点P 与点)0,1(的距离为 1)52(2+a, 薄片不翻倒的临界位置的质心在点 )1)52(,1(2+a M , 此时薄片底边中心在点)22,221(-N 处, 有 =MN k 145tan )221(1221)52(2==---+οa , 解得25=α, 故a 最大不能超过25. .八、(10分) 讨论是否存在 [0,2] 上满足下列条件的函数, 并阐述理由: f (x ) 在 [0,2] 上有连续导数, f (0) = f (2)=1, .1|)(|,1|)(|2≤≤'⎰dx x f x f解 不存在这样的函数.当)2,0(∈x 时, ).2,(),,0(),2)((1)(1)(2121x x x f x f x f ∈∈-'+='+=ξξξξ 由题设知1)(,1)(-≥-≥x x f x x f ,且21)1()(,21)1()(2121101=-≥=-≥⎰⎰⎰⎰dx x dx x f dx x dx x f . 下面证明上面的不等式不能同时取等. 否则,,1)(,]1,0[x x f x -=∈时当 时当]2,1[∈x ,,1)(-=x x f 此时函数不满足连续可导的条件.于是 ,1)()()(2112>+=⎰⎰⎰dx x f dx x f dx x f 故不存在满足所给条件的函数.贸大数学竞赛选拔题目（一大一小） 1.函数ln(u x =在点A ( 1 , 0 , 1) 处沿点A 指向 B ( 3, －2 , 2) 方向的方向导数是 .提示:(2,2,1),AB =-其单位向量为ABl AB=221,,333⎛⎫=- ⎪⎝⎭(cos ,cos ,cos )αβγ=Au x∂=∂ d 1d ln(1)x x x =+1,2= Auy ∂=∂d 0d ln(1y y =0,=12Auz∂=∂ cos cos cos u u u u l x y z αβγ∂∂∂∂∴=++∂∂∂∂12= 2. 求函数(,)sin(2)f x y x y =+在点(0,)4π的一阶泰勒公式解: (,)2cos(2),(,)cos(2)x y f x y x y f x y x y =+=+(,)4sin(2)xx f x y x y =-+ ，(,)2sin(2)xy f x y x y =-+， (,)sin(2)yy f x y x y =-+(0,)42f π=，(0,)4x f π= (0,)42y f π=，(,)4sin(2)xx f ξηξη=-+，(,)2sin(2)xy f ξηξη=-+，(,)sin(2)yy f ξηξη=-+所以(,)sin(2)f x y x y =+=2+[ 2(0)2x -+ )24y π-]+ 12[24sin(2)(0)x ξη-+-+2(2sin(2)(0)()4x y πξη-+--)2sin(2)()4y πξη-+-] )sin(2)4y πξη--+221[22()()]424x x y y ππ+-+- 其中,()44x y ππξθηθ==+-, (01)θ<<3. 求函数(,)ln(1)f x y x y =++在点(0,0)的三阶泰勒公式. 解: 1(,)(,)1x y f x y f x y x y ==++ 21(,)(,)(,)(1)xx xy yy f x y f x y f x y x y -===++3332!(1)p p f x y x y -∂=∂∂++(0,1,2,3)p = 4443!(1)p p f x y x y -∂-=∂∂++(0,1,2,3,4)p =因此,()(0,0)x y h k f ∂∂∂∂+(0,0)(0,0)x y h f k f =+h k =+2()(0,0)x y h k f ∂∂∂∂+22(0,0)2(0,0)(0,0)xx xy yy h f hk f k f =++2()h k =-+3()(0,0)x y h k f ∂∂∂∂+333330C (0,0)p ppp p p fh kx y --=∂=∂∂∑32()h k =+(0,0)0,f =又将,h x k y ==代入三阶泰勒公式得 ln(1)x y ++=x y +21()2x y -+331()3x y R +++其中43()(,)x y R h k f h k θθ∂∂∂∂=+h x k y==441()4(1)x y x y θθ+=-⋅++(01)θ<<4. 在曲面z =xy 上求一点, 使这点处的法线垂直于平面x +3y +z +9=0, 并写出这法线的方程. 解 已知平面的法线向量为n 0=(1, 3, 1).设所求的点为(x 0, y 0, z 0), 则曲面在该点的法向量为n =(y 0, x 0, -1). 由题意知n //n 0, 即113100-==x y , 于是x 0=-3, y 0=-1, z 0=x 0y 0=3, 即所求点为(-3, -1, 3), 法线方程为133113-=+=+z y x .5. 设e l =(cos θ , sin θ), 求函数f (x , y )=x 2-xy -y 2在点(1, 1)沿方向l 的方向导数, 并分别确定角θ, 使这导数有(1)最大值, (2)最小值, (3)等于0.解 由题意知l 方向的单位向量为(cos α, cos β)=(cos θ , sin θ), 即方向余弦为 cos α=cos θ , cos β=sin θ . 因为f x (1, 1)=(2x -y )|(1, 1)=1, f y (1, 1)=(-x +2y )|(1, 1)=1,所以在点(1, 1)沿方向l 的方向导数为 )4sin(2sin cos cos )1 ,1(cos )1 ,1()1,1(πθθθβα+=+=+=∂∂y x f f lf .因此 (1)当4πϕ=时, 方向导数最大, 其最大值为2;(2)当45πϕ=时, 方向导数最小, 其最小值为2-;(3)当43πϕ=及47π时, 方向导数为0.6. 求函数u =x 2+y 2+z 2在椭球面1222222=++c z b y a x 上点M 0(x 0, y 0, z 0)处沿外法线方向的方向导数.解 椭球面1222222=++c z b y a x 上点M 0(x 0, y 0, z 0)处有外法向量为),,(202020c z b y a x =n , 其单位向量为),,(1)cos ,cos ,(cos 202020424242c z b y a x c zb y a x n ++==γβαe .因为u x (x 0, y 0, z 0)=2x 0, u y (x 0, y 0, z 0)=2y 0, u z (x 0, y 0, z 0)=2z 0,所以, 所求方向导数为γβαcos ),,(cos ),,(cos ),,(000000000),,(000z y x u z y x u z y x u n u z y x z y x ++=∂∂4242422002002004242422)222(1c z b y a x c z z b y y a x x c z b y a x ++=⋅+⋅+⋅++=.7. 求平面1543=++z y x 和柱面x 2+y 2=1的交线上与xOy 平面距离最短的点.解 设M (x , y , z )为平面和柱面的交线上的一点, 则M 到xOy 平面的距离为d (x , y , z )=|z |.问题在于求函数f (x , y , z )=|z |2=z 2在约束条件1543=++z y x 和x 2+y 2=1下的最不值. 作辅助函数:)1()1543(),,(222-++-+++=y x zy x z z y x F μλ.令 ⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+=++=+=∂∂=+=∂∂=+=∂∂1154305202402322y x z y x z zF y y F x x F λμλμλ, 解方程组得54=x , 53=y , 1235=z . 因为可能的极值点只有)1235 ,53 ,54(这一个, 所以这个点就是所求之点.8. 在第一卦限内作椭球面1222222=++c z b y a x 的切平面, 使该切平面与三坐标面所围成的四面体的体积最小, 求这切平面的切点, 并求此最小体积.解 令1),,(222222-++=c z b y a x z y x F , 则22a x F x =, 22b y F y =, 22c z F z =.椭球面上点M (x , y , z )处的切平面方程为0)()()(222=-+-+-z Z c z y Y b y x X a x , 即1222=++c zZ b yY a xX . 切平面在三个坐标轴上的截距分别为x a X 20=, y b Y 20=, z c Z 20=. 切平面与三个坐标面所围的四面体的体积为xyz c b a V 22261⋅=. 现将问题化为求函数xyz cb a V 22261⋅=在条件1222222=++c z b y a x 下的最小值的问题, 或求函数f (x , y , z )=xyz 在1222222=++c z b y a x 下的最大值的问题.作辅助函数)1(),,(222222-+++=c z b y a x xyz z y x F λ.令 ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=++=+=∂∂=+=∂∂=+=∂∂1020202222222222c z b y a x c z xy z F b yxz y F a x yz x F λλλ, 解方程组得3a x =, 3b y =, 3cz =. 于是, 所求切点为)3 ,3 ,3(c ya , 此时最小体积为abcV 23=.。
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第十九届北京市大学生数学竞赛本科甲、乙组试题解答一、填空题（每小题3分，共30分）1. ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-+∞→1)2(lim 6123x e x x x x x = 1/6 . 2．设)(x f 连续，在1=x 处可导，且满足 ,0,)(8)sin 1(3)sin 1(→+=--+x x o x x f x f 则曲线)(x f y =在1=x 处的切线方程为 y =2x －2 . 3. 设243),(lim220=+-+→→yx yx y x f y x , 则 ='+')0,0()0,0(2y x f f －2 . 4．设函数()u ϕ可导且(0)1ϕ=，二元函数()xyz x y e ϕ=+满足0z z x y∂∂+=∂∂，则()u ϕ=24u e - . 5. 设D 是由曲线x y sin = )22(π≤≤π-x 和直线2π-=x , 1=y 所围成的区域, f 是连续函数, 则=++=⎰⎰Ddxdy y x f y x I )](1[223 －2 .6. 123ln 1ln 1ln 1ln 1lim 123n n n n n n n n n n n n n n n →+∞⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ⎪++++= ⎪++++ ⎪⎝⎭L 2ln 21- .7. 数项级数∑∞=--1)!2()!2()1(n nn n n n 的和=S －1+cos1+ln2.8. 计算积分⎰⎰⎰++π=1021010)](6[cos dz z y x dy dx I = 1/2 . 9. 已知入射光线的路径为23141-=-=-z y x , 则此光线经过平面01752=+++z y x 反射后的反射线方程为41537-=+=+z y x . 10. 设曲线222:a y xy x C =++的长度为L , 则=++⎰C y x y x ds e e e b e a )sin()sin()sin()sin(L b a 2+ . 二、(10分) 设()f x 在[,)a +∞上二阶可导，且,0)(,0)(<'>a f a f 而当a x >时, ,0)(≤''x f 证明在(,)a +∞内，方程()0f x =有且仅有一个实根．证明 由于当x a >时，,0)(≤''x f 因此'()f x 单调减，从而'()'()0f x f a ≤<，于是又有()f x 严格单调减．再由()0f a >知，()f x 最多只有一个实根．下面证明()0f x =必有一实根．当x a >时，()()'()()'()()f x f a f x a f a x a ξ-=-≤-， 即 ()()'()()f x f a f a x a ≤+-，上式右端当x →+∞时，趋于-∞，因此当x 充分大时，()0f x <，于是存在b a >，使得()0f b <，由介值定理存在()a b ηη<<，使得()0f η=．综上所述，知()0f x =在(,)a +∞有而且只有一个实根． 三、(10分)设),(y x f 有二阶连续偏导数,),(),(22y x e f y x g xy +=, 且))1((1),(22y x o y x y x f +-+--=, 证明),(y x g 在)0,0(取得极值, 判断此极值是极大值还是极小值, 并求出此极值.解 ))1(()1(),(22y x o y x y x f +-+---=, 由全微分的定义知 0)0,1(=f 1)0,1()0,1(-='='y x f f .x f y e f g xy x 221⋅'+⋅'=' y f x e f g xyy 221⋅'+⋅'=' 0)0,0(='x g 0)0,0(='y g 2222121121122)2()2(2f x x f y e f y e f y e x f y e f g xyxy xy xy x '+⋅''+⋅''+⋅'+⋅''+⋅''='' x y f x e f e xy e f y e y f x e f g xyxy xy xy xy xy 2)2()()2(222111211⋅''+⋅''++⋅'+⋅''+⋅''=''2222121121122)2()2(2f y y f x e f x e f x e y f x e f g xyxy xy xy y'+⋅''+⋅''+⋅'+⋅''+⋅''='' A=2)0,1(2)0,0(22-='=''f g x ， 1)0,1()0,0(1-='=''=f g B xy ，2)0,1(2)0,0(22-='=''=f g C y 032>=-B AC , 且0<A , 故0)0,1()0,0(==f g 是极大值.四、(10分) 设f (x )在 [0,1] 上连续, f (0)= f (1) , 求证: 对于任意正整数ｎ，必存在]1,0[∈n x ，使)1()(nx f x f n n +=．证明 令.,]11,0[)(),1()()(m M nx n x f x f x 及最小值所以有最大值上连续在-+-=φφ 于是有 ,1,,1,0,)(-=≤≤n k M n k m Λφ 所以 .)(11M nknm n k ≤≤∑-=φ故存在],11,0[nx n -∈ 使 .0)]1()0([1)]1()1()2()1()1()0([1)]1()1()0([1)(1)(10=-=--++-+-=-+++==∑-=f f nf n n f n f n f n f f n n n n n n k n x n k n ΛΛφφφφφ)1()(nx f x f n n +=．五、(10分)是其中求且有连续的二阶导数设)(,)()(lim,0)(,0)0()0(,)(0)(00x u dtt f dtt f x f f f x f x x u x ⎰⎰+→>''='=.))(,()(轴上的截距处切线在在点曲线x x f x x f y =).(2)()()0()()()0(21)(.)]([)()()(,)()()(),)(()(222x o xx u x o x f x f x o x f x f x f x f x f x u x f x f x x u x x X x f x f Y +=+''='+''='''=''-=-'=-，知，由于是轴上的截距为它在切线方程：解.81)]()0([))](()()0(21)[(lim )]([)())((lim )()())((lim )()(lim 22202000)(00=+''+''''='''='=++++→→→→⎰⎰x o x f x u o x u f x f x f x f x u f x f x u x u f dtt f dtt f x x x x x u x 由洛必达法则有六、(10分) 设函数)(x f 具有连续导数,在围绕原点的任意光滑简单闭曲面S 上,积分⎰⎰--Sxzdxdy edzdx x xyf dydz x xf 2)()(的值恒为同一常数.(1)证明: 对空间区域0>x 内的任意光滑简单闭曲面∑,有0)()(2=--⎰⎰∑zdxdy e dzdx x xyf dydz x xf x; (2) 求函数)0)((>x x f 满足1)(lim 0=+→x f x 的表达式.(1)证明:如图,将∑分解为∑+=21S S,另做曲面3S 围绕原点且与∑相接, 则⎰⎰∑+-xdxdy z dzdx x yf dydz x f sin )()(-+-=⎰⎰+31sin )()(S S xdxdy z dzdx x yf dydz x f ⎰⎰+-+-32sin )()(S S xdxdy z dzdx x yf dydz x f =0.(2) 由(1)可知, 0)()()('2≡--+xe x xf x f x xf ,其通解为x Ce e x f x x +=2)(, 由1lim )(lim 200=+=++→→x Ce e x f x x x x , 得1-=C ,故)0()(2>-=x xe e xf xx七、(10分) 如图, 一平面均匀薄片是由抛物线)1(2x a y -= )0(>a 及x 轴所围成的, 现要求当O此薄片以)0,1(为支点向右方倾斜时, 只要θ角不超过ο45, 则该薄片便不会向右翻倒,问参数a 最大不能超过多少? 解 0=x 522)1(010)1(01022adydx ydy dx dxdyydxdyy x a x a DD===⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰-- 倾斜前薄片的质心在)52,0(aP , 点P 与点)0,1(的距离为 1)52(2+a, 薄片不翻倒的临界位置的质心在点 )1)52(,1(2+a M , 此时薄片底边中心在点)22,221(-N 处, 有 =MN k 145tan )221(1221)52(2==---+οa , 解得25=α, 故a 最大不能超过25. .八、(10分) 讨论是否存在 [0,2] 上满足下列条件的函数, 并阐述理由: f (x ) 在 [0,2] 上有连续导数, f (0) = f (2)=1, .1|)(|,1|)(|2≤≤'⎰dx x f x f解 不存在这样的函数.当)2,0(∈x 时, ).2,(),,0(),2)((1)(1)(2121x x x f x f x f ∈∈-'+='+=ξξξξ 由题设知1)(,1)(-≥-≥x x f x x f ,且21)1()(,21)1()(212111=-≥=-≥⎰⎰⎰⎰dx x dx x f dx x dx x f . 下面证明上面的不等式不能同时取等. 否则,,1)(,]1,0[x x f x -=∈时当 时当]2,1[∈x ,,1)(-=x x f 此时函数不满足连续可导的条件.于是,1)()()(2112>+=⎰⎰⎰dx x f dx x f dx x f 故不存在满足所给条件的函数.贸大数学竞赛选拔题目（一大一小） 1.函数ln(u x =在点A ( 1 , 0 , 1) 处沿点A 指向 B ( 3, －2 , 2) 方向的方向导数是 .提示:(2,2,1),AB =-其单位向量为ABl AB=221,,333⎛⎫=- ⎪⎝⎭(cos ,cos ,cos )αβγ=A u x∂=∂ d 1d ln(1)x x x =+1,2= Au y ∂=∂d 0d ln(1y y =0,=12Auz∂=∂ cos cos cos u u u u l x y z αβγ∂∂∂∂∴=++∂∂∂∂12= 2. 求函数(,)sin(2)f x y x y =+在点(0,)4π的一阶泰勒公式解: (,)2cos(2),(,)cos(2)x y f x y x y f x y x y =+=+(,)4sin(2)xx f x y x y =-+ ，(,)2sin(2)xy f x y x y =-+， (,)sin(2)yy f x y x y =-+(0,)4f π=(0,)4x f π=(0,)4y f π=(,)4sin(2)xx f ξηξη=-+，(,)2sin(2)xy f ξηξη=-+，(,)sin(2)yy f ξηξη=-+所以(,)sin(2)f x y x y =+=0)x -+ )4y π-]+ 12[24sin(2)(0)x ξη-+-+2(2sin(2)(0)()4x y πξη-+--)2sin(2)()4y πξη-+-] )sin(2)4y πξη--+221[22()()]424x x y y ππ+-+- 其中,()44x y ππξθηθ==+-, (01)θ<<3. 求函数(,)ln(1)f x y x y =++在点(0,0)的三阶泰勒公式. 解: 1(,)(,)1x y f x y f x y x y ==++ 21(,)(,)(,)(1)xx xy yy f x y f x y f x y x y -===++3332!(1)p pf x y x y -∂=∂∂++(0,1,2,3)p = 4443!(1)p pf x y x y -∂-=∂∂++(0,1,2,3,4)p =因此,()(0,0)x y h k f ∂∂∂∂+(0,0)(0,0)x y h f k f =+h k =+2()(0,0)x y h k f ∂∂∂∂+22(0,0)2(0,0)(0,0)xx xy yy h f hk f k f =++2()h k =-+ 3()(0,0)x y h k f ∂∂∂∂+333330C (0,0)p p pp p p fh k x y --=∂=∂∂∑32()h k =+(0,0)0,f =又将,h x k y ==代入三阶泰勒公式得 ln(1)x y ++=x y +21()2x y -+331()3x y R +++其中43()(,)x y R h k f h k θθ∂∂∂∂=+h x k y==441()4(1)x y x y θθ+=-⋅++(01)θ<<4. 在曲面z =xy 上求一点, 使这点处的法线垂直于平面x +3y +z +9=0, 并写出这法线的方程. 解 已知平面的法线向量为n 0=(1, 3, 1).设所求的点为(x 0, y 0, z 0), 则曲面在该点的法向量为n =(y 0, x 0, -1). 由题意知n //n 0, 即113100-==x y , 于是x 0=-3, y 0=-1, z 0=x 0y 0=3, 即所求点为(-3, -1, 3), 法线方程为133113-=+=+z y x .5. 设e l =(cos θ , sin θ), 求函数f (x , y )=x 2-xy -y 2在点(1, 1)沿方向l 的方向导数, 并分别确定角θ, 使这导数有(1)最大值, (2)最小值, (3)等于0.解 由题意知l 方向的单位向量为(cos α, cos β)=(cos θ , sin θ), 即方向余弦为 cos α=cos θ , cos β=sin θ . 因为f x (1, 1)=(2x -y )|(1, 1)=1, f y (1, 1)=(-x +2y )|(1, 1)=1,所以在点(1, 1)沿方向l 的方向导数为 )4sin(2sin cos cos )1 ,1(cos )1 ,1()1,1(πθθθβα+=+=+=∂∂y x f f lf .因此 (1)当4πϕ=时, 方向导数最大, 其最大值为2;(2)当45πϕ=时, 方向导数最小, 其最小值为2-;(3)当43πϕ=及47π时, 方向导数为0.6. 求函数u =x 2+y 2+z 2在椭球面1222222=++c z b y a x 上点M 0(x 0, y 0, z 0)处沿外法线方向的方向导数.解 椭球面1222222=++c z b y a x 上点M 0(x 0, y 0, z 0)处有外法向量为),,(202020c z b y a x =n , 其单位向量为),,(1)cos ,cos ,(cos 202020424242c z b y a x c z b y a x n ++==γβαe .因为u x (x 0, y 0, z 0)=2x 0, u y (x 0, y 0, z 0)=2y 0, u z (x 0, y 0, z 0)=2z 0, 所以, 所求方向导数为γβαcos ),,(cos ),,(cos ),,(000000000),,(000z y x u z y x u z y x u n u z y x z y x ++=∂∂4242422002002004242422)222(1c z b y a x c z z b y y a x x c z b y a x ++=⋅+⋅+⋅++=.7. 求平面1543=++z y x 和柱面x 2+y 2=1的交线上与xOy 平面距离最短的点.解 设M (x , y , z )为平面和柱面的交线上的一点, 则M 到xOy 平面的距离为d (x , y , z )=|z |.问题在于求函数f (x , y , z )=|z |2=z 2在约束条件1543=++z y x 和x 2+y 2=1下的最不值. 作辅助函数:)1()1543(),,(222-++-+++=y x zy x z z y x F μλ.令 ⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+=++=+=∂∂=+=∂∂=+=∂∂1154305202402322y x z y x z zF y y F x x F λμλμλ, 解方程组得54=x , 53=y , 1235=z . 因为可能的极值点只有)1235 ,53 ,54(这一个, 所以这个点就是所求之点.8. 在第一卦限内作椭球面1222222=++c z b y a x 的切平面, 使该切平面与三坐标面所围成的四面体的体积最小, 求这切平面的切点, 并求此最小体积.解 令1),,(222222-++=c z b y a x z y x F , 则22a x F x =, 22b y F y =, 22c z F z =. 椭球面上点M (x , y , z )处的切平面方程为0)()()(222=-+-+-z Z c z y Y b y x X a x , 即1222=++c zZ b yY a xX . 切平面在三个坐标轴上的截距分别为x a X 20=, y b Y 20=, z c Z 20=. 切平面与三个坐标面所围的四面体的体积为xyz c b a V 22261⋅=. 现将问题化为求函数xyz cb a V 22261⋅=在条件1222222=++c z b y a x 下的最小值的问题, 或求函数f (x , y , z )=xyz 在1222222=++c z b y a x 下的最大值的问题.作辅助函数)1(),,(222222-+++=c z b y a x xyz z y x F λ.令 ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=++=+=∂∂=+=∂∂=+=∂∂1020202222222222c z b y a x c z xy z F b yxz y F a x yz x F λλλ, 解方程组得3a x =, 3b y =, 3cz =. 于是, 所求切点为)3 ,3 ,3(c ya , 此时最小体积为abcV 23=.。