考研数学二试题及答案

２012年全国硕士研究生入学统一考试数学二试题

一、选择题:1８小题,每小题4分,共32分．下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题

目要求的,请将所选项前的字母填在答题纸．．．指定位置上. （

1)

曲

线

22

1

x x

y x +=-渐近线的条数

( )

(A) ０ （B ） １ (C) ２ (D) 3 【答案】C

【考点】函数图形的渐近线 【难易度】★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

(i)当曲线上一点Ｍ沿曲线无限远离原点时，如果M 到一条直线的距离无限趋近于零，那么这条直线称为这条曲线的渐近线。

(i ｉ)渐近线分为水平渐近线（lim ()x f x b →∞

=，b 为常数)、垂直渐近线(0

lim ()x x f x →=∞）和斜渐

近线（lim[()()]0x f x ax b →∞

-+=,,a b 为常数)。

（i ｉｉ）注意：如果

(1)()

lim

x f x x

→∞不存在；

（2）()

lim x f x a x

→∞=,但lim[()]x f x ax →∞-不存在，可断定()f x 不存在斜渐近线。

在本题中，函数221

x x y x +=-的间断点只有1x =±.

由于1

lim x y →=∞，故1x =是垂直渐近线．

（而1

1(1)1

lim lim

(1)(1)2

x x x x y x x →-→-+==+-，故1x =-不是渐近线).

又2

1

1lim lim

11

1x x x y x

→∞→∞+

==-，故1y =是水平渐近线.(无斜渐近线） 综上可知，渐近线的条数是２.故选C. （２) 设函数2()(1)(2)

()x

x

nx f x e e

e n =---，其中n 为正整数,则(0)

f '=

( )

（A) 1

(1)(1)!n n --- (Ｂ) (1)(1)!n n -- (Ｃ) 1(1)!n n --

(Ｄ) (1)!n

n -

【答案】Ａ

【考点】导数的概念 【难易度】★★

【详解一】本题涉及到的主要知识点：

0000

0()()()lim

lim

x x f x x f x y

f x x x

→→+-'==. 在本题中,按定义

200()(0)(1)(2)

()

(0)lim lim

0x x nx x x f x f e e e n f x x →→----'==-

1(1)(2)[(1)](1)(1)!n n n -=-?-?

?--=--.故选A ．

【详解二】本题涉及到的主要知识点:

()[()()]()()()()f x u x v x u x v x u x v x ''''==+.

在本题中，用乘积求导公式.含因子1x

e -项在0x =为0,故只留下一项.于是

20

(0)[(2)

()]

x x nx x f e e e n ='=--1(1)(2)[(1)](1)(1)!n n n -=-?-?

?--=--

故选(A ）.

(3) 设0(1,2,)n a n >=，123n n S a a a a =+++

+,则数列{}n S 有界是数列{}n a 收敛的

（ ) （A ）充分必要条件 (B ）充分非必要条件

（C ）必要非充分条件 （D ）既非充分也非必要条件 【答案】B

【考点】数列极限 【难易度】★★★

【详解】因0(1,2,)n a n >=，所以123n n S a a a a =++++单调上升.

若数列{}n S 有界,则lim n n S →∞

存在,于是

11lim lim()lim lim 0n n n n n n n n n a S S S S --→∞

→∞

→∞

→∞

=-=-=

反之，若数列{}n a 收敛，则数列{}n S 不一定有界.例如，取1n a =(1,2,)n =，则n S n =是无

界的.

因此，数列{}n S 有界是数列{}n a 收敛的充分非必要条件.故选（B). (4）设2

0sin (1,2,3)k x K e xdx k π

==?I 则有 （ )

(A)123I I I << (B) 321I I I << (C) 231I I I << (Ｄ)213I I I << 【答案】D

【考点】定积分的基本性质 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点: 设a c b <<，则()()()b

c b

a

a

c

f x dx f x dx f x dx =+?

??.

在本题中，

2

10

sin x I e xdx π

=?,2

220

sin x I e xdx π

=?,2

330

sin x I e xdx π

=?

2

22121sin 0x I I e xdx I I π

π

-=

2

332322sin 0x I I e xdx I I π

π

-=>?>?，

2

2

2

323312sin sin sin x x x I I e xdx e xdx e xdx π

π

π

π

π

π

-==+???

2

2

33()22sin()sin t x e t dt e xdx π

π

ππ

π

π-=-+??22

3()312[]sin 0x x e e xdx I I π

ππ

-=->?>?

因此213I I I <<．故选D ．

（5)设函数(,)f x y 可微，且对任意的,x y 都有

(,)

0f x y x

?>?，

(,)0f x y y ?

（A)12x x >，12y y < （B ）12x x >，12y y > （C ）12x x <,12y y < （D ）12x x <，12y y > 【答案】D

【考点】多元函数的偏导数；函数单调性的判别

【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

函数单调性的判定法 设函数()y f x =在[,]a b 上连续，在(,)a b 内可导. ①如果在(,)a b 内()0f x '>，那么函数()y f x =在[,]a b 上单调增加； ②如果在(,)a b 内()0f x '<,那么函数()y f x =在[,]a b 上单调减少. 在本题中，因

(,)

0f x y x

?>?，当y 固定时对x 单调上升,故当12x x <时1121(,)(,)f x y f x y < 又因

(,)

0f x y y

?时2122(,)(,)f x y f x y < 因此,当12x x <,12y y >时112122(,)(,)(,)f x y f x y f x y << 故选D ．

（6)设区域D 由曲线sin y x =，2

x π

=±,1y =围成，则5(1)D

x y dxdy -=??（ )

（A)π

(B ）2

（C ）-2?(D ）π-

【答案】D

【考点】二重积分的计算 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

1

0,(,)(,)2(,),

(,)D

D f x y x y f x y dxdy f x y dxdy f x y x y ?

?

=?????

??对或为奇函数，对或为偶函数

在本题中,1

1

5

5

5222sin sin 221

(1)(1)()2x x D

x y dxdy dx x y dy x y y dx π

π

ππ--

-=-=-?????

52

2

222

1(1sin )(1sin )2x x dx x dx π

π

πππ--=---=-?? 其中

5

21(1sin )2

x x -，sin x 均为奇函数，所以

52

2

21(1sin )02x x dx ππ--=?，22sin 0xdx π

π-=? 故选(D ）

(7）设1100c α??

?= ? ?

??

,2201c α?? ?= ? ??? ，3311c α?? ?=- ? ??? ,4411c α-?? ?= ? ??? ,其中1234,,,c c c c 为任意常数，则下列向

量组线性相关的为（ )

(Ａ)123,,ααα (B ） 124,,ααα (Ｃ）134,,ααα (Ｄ)234,,ααα 【答案】C

【考点】向量组的线性相关与线性无关 【难易度】★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

n 个n 维向量相关12,,

,0n ααα?=

在本题中，显然

1341

2

3

011,,0

110c c c ααα-=-=， 所以134,,ααα必线性相关.故选C.

(8) 设A 为３阶矩阵,P 为3阶可逆矩阵,且1100010002p AP -?? ?= ? ???

.若Ｐ＝(123,,ααα）,1223(,,)ααααα=+,则1Q AQ -= （ )

（A ） 100020001?? ? ? ??? (B) 100010002?? ? ? ??? (C ） 200010002?? ? ? ??? (Ｄ)200020001??

? ? ???

【答案】B

【考点】矩阵的初等变换；初等矩阵 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

设A 是一个m n ?矩阵，对A 施行一次初等行变换,相当于在A 的左边乘以相应的m 阶初等矩阵；对A 施行一次初等列变换，相当于在A 的右边乘以相应的n 阶初等矩阵. 在本题中，由于P 经列变换为Q ，有

12100110(1)001Q P PE ??

??==??

????

，

那么1111

12121212[(1)][(1)](1)()(1)Q AQ PE A PE E P AP E ----==

100110011101110100120012????????

????????=-=????????????????????????

故选Ｂ．

二、填空题:9

１4小题,每小题４分,共２4分.请将答案写在答题纸．．．

指定位置上. （9）设()y y x =是由方程2

1y

x y e -+=所确定的隐函数,则22

x d y

dx

== .

【答案】1

【考点】隐函数的微分 【难易度】★★

【详解】本题涉及到的主要知识点： 隐函数求导的常用方法有：

1. 利用复合函数求导法,将每个方程两边对指定的自变量求偏导数（或导数），此时一定要注意

谁是自变量，谁是因变量,对中间变量的求导不要漏项。然后求解相应的线性方程式或方程组,求得所要的隐函数的偏导数或导数。

2. 利用一阶全微分形式的不变性，对每个方程两边求全微分，此时各变量的地位是平等的,然后

求解相应的线性方程组或者方程式，球的相应的隐函数的全微分。

对于多元隐函数来说，若题目中求的是全部偏导数或全微分,往往是用方法2比较简单些，若只求某个偏导数，则方法1和方法２的繁简程度差不多。 在本题中，令0x =，得(0)0y =.等式两边同时对x 求导，得

2y x y e y ''

-=

(＊）

令0x =，0y =得 (0)(0)y y ''-=， 于是(0)0y '=.再将（*）是对x 求导得

22y y y e y e y '''''-=+

令0x =,0y =，0y '=得 2(0)(0)y y ''''-= 于是(0)1y ''= （10)222

22111lim 12n n n n n n →∞

??

+++

=

?+++?

?

.

【答案】

4π

【考点】定积分的概念 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

利用定积分定义求某些和式的极限（先将和式表成某函数在某区间上的一个积分和,它的极限就是一个定积分）.

特别是对于n 项和数列的极限，应该注意到：101

1lim ()()n n i i

f f x dx n n →∞==∑?

在本题中，由积分定义,

22222221

111111lim lim 1212()1()1

()1n n n n n n

n n n n

n n →∞

→∞?

? ???+++=+++

? ?+++?? ?+++??

1

1

2

01

arctan 14

dx x x π

===

+?

（11)设1(ln )z f x y =+,其中函数()f u 可微，则2z z x y x y

??+=?? 【答案】0

【考点】多元复合函数的求导法 【难易度】★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

二元函数[(,)]z f u x y =(是一元函数()f u 与二元函数(,)u u x y =的复合函数），在变量替换

(,)u u x y =下，得到z 对x ，y 的偏导数为

()z u f u x x ??'=??，()z

u f u y

y ??'=??．

在本题中,根据题中条件可知，

()1z f u x x ?'=??，()21z f u y y ???'=- ????

，所以20z z

x y x y ??+=??

(12）微分方程2

(3)0ydx x y dy +-=满足条件11x y ==的解为y =

【答案】2

x y =（或y =

【考点】一阶线性微分方程 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点: 方程

()()dy

P x y Q x dx

+=叫做一阶线性微分方程,其通解为()()(())P x dx P x dx y e Q x e dx C -?

?=+?. 在本题中，方程可整理为

1

3dx x y dy y

+=,将x 看作因变量,一阶线性非齐次微分方程的通解为()11

313dy dy y y x e ye dy C y C y -

????=+=+ ? ???

?．又(1)1y =,得0C =，故2

x y =（或y =为所求解.

（1３）曲线()2

0y x x x =+<上曲率为

2

的点的坐标为 . 【答案】（－1,0) 【考点】曲率 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

曲率公式()

3

2

2

1y K y ''

=

'+.

在本题中，21,2y x y '''=+=,代入曲率公式()

3

2

2

1y K y ''

=

'+

，得

3

222

21(21)x =??++??

,解得1x =-或1x =．又0x <,故10x y =-?=.故坐标为(1,0)-．

（1４)设A 为３阶矩阵，3A =,*A 为A 的伴随矩阵，若交换A 的第一行与第二行得到矩阵B ,则*BA =________＿ 【答案】－27.

【考点】矩阵的初等变换;伴随矩阵 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

设A 是一个m n ?矩阵,对A 施行一次初等行变换，相当于在A 的左边乘以相应的m 阶初等矩阵;对A 施行一次初等列变换，相当于在A 的右边乘以相应的n 阶初等矩阵.

在本题中，设12010100001E ?? ?

= ? ???

则12B E A =,从而3

**

1227BA E AA A ==-=-．

三、解答题：１５－23小题,共94分.请将解答写在答题纸指定的位置上.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤. （１5)已知函数()11

sin x f x x x

+=- 记()0lim x a f x →=

（Ⅰ）求a 的值;

（Ⅱ）当0x →时,()f x a -与k

x 是同阶无穷小,求常数k 的值.

【考点】无穷小量的比较 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

当0x →时,3

31sin ()6

x x x o x =-

+?sin x x ,31sin 6

x x

x -. （Ⅰ）()32

2

2200001sin sin 6lim lim lim 1lim 1sin x x x x x

x x x x x x a f x x x x

x →→→→+-+-====+= (Ⅱ）1a =

方法一：利用泰勒公式

()()332

32

12000166sin sin lim lim lim 0sin k k k x x x x x x x x x x o x f x x x x x x x x x x ++→→→????

+----+ ? ?-+--????==≠

解得1k =.

方法二:利用等价无穷小量代换

()()()21sin sin sin 1sin sin x x x x x x x x f x x x x x

+-+---==

当0x →时,()3

21161

6

x

f x x x -=,所以1k =．

（16)求函数22

2

(,)x y f x y xe

+-=的极值.

【考点】函数的极值 【难易度】★★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

二元函数取得极值的充分条件：设(,)z f x y =在点00(,)x y 的某邻域有连续的二阶偏导数,又

00(,)0x f x y '=，00(,)0y f x y '=，令00(,)xx f x y A ''=，00(,)xy f x y B ''=，00(,)yy f x y C ''=，

则

(1）当2

0AC B ->时，(,)f x y 在00(,)x y 取极值,且当0A >时取极小值,0A <时取极大值; (2)当20AC B -<时，00(,)x y 不是(,)f x y 的极值点;

（3）当20AC B -=时,仅此不足以判断00(,)x y 是否是(,)f x y 的极值点,还需另作讨论. 在本题中，先求函数的驻点. 令

()()()()()

2

2

2222222

2

2

2

2,10

,0

x y

x y x y x y f x y e xe

x e

x x

f x y xe y y

+

++--

-

+-??=+-=-=??????=-=???

解得驻点为(1,0)-，(1,0)

又

()()()()()()()()2

2

2

2

2222222

22

2222222

,21,1,1x y x y x y x y f x y A xe e x x x f x y B e x y x y

f x y C xe y y

++--+-+-

??==-+--??????==--?

??????==-??? 根据判断极值的第二充分条件， 代入（1，0）,得12

2A e

-=-，0B =,12

C e

-

=-,从而20AC B ->，0A <,所以(,)f x y 在（1,

０）取得极大值，极大值为12

e -；

代入(-１，0)，得12

2A e

-=，0B =，12

C e

-=，从而20AC B ->，0A >，所以(,)f x y 在（－

１,０)取得极小值，极小值为12

e

--.

（17)过点(0,１）作曲线:ln L y x =的切线,切点为A ,又L 与x 轴交于B 点，区域D 由L 与直线

AB 及x 轴围成,求区域D 的面积及D 绕x 轴旋转一周所得旋转体的体积．

【考点】导数的几何意义、定积分的应用 【难易度】★★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

(i)函数()y f x =在点0x 处的导数0()f x '是曲线()y f x =在点00(,())x f x 处的切线的斜率. 函数;

(ii ）函数()f y ，()g y 在[,]a b 连续,则由曲线()x f y =,()x g y =及直线y a =,y b =()a b <所围区域的面积()()b

a

S f y g y dy =

-?

;

(ｉｉi ）曲线()()y f x a x b =≤≤绕x 轴旋转一周所得旋转体的体积2()b

a

V f x dx π=?

.

在本题中,设切点A 坐标为00(,ln )x x ，则切线斜率为

01x ，切线方程为000

1

ln ()y x x x x -=

-,代入(０,１）点，解得2

0x e =，从而切点A 坐标为2

(,2)e ，切线方程为21

1y x e

=

+，B 点坐标为(1,0),所以区域D 的面积

2

22

2211

111ln (1)2ln (1)2e e e S xdx e x x x dx e x

=--?=-?--?

?2222(1)(1)2e e e =----=.

D 绕x 轴旋转一周所得旋转体的体积

2

222

222

211114ln 2(1)ln 2ln (1)33

e e e V xdx e x x xdx e πππππ=-??-=---??

22

22214242ln 2(1)(1)(1)33

e e x x e e e πππππ=-+---=-

（18)计算二重积分D

xyd σ??,其中区域D 由曲线1cos (0)r θθπ=+≤≤与极轴围成.

【考点】二重积分的计算;定积分的换元积分法 【难易度】★★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

(,)(cos ,sin )D

D

f x y d f r r rdrd σθθθ=????

在本题中,作极坐标变换cos x r θ=,sin y r θ=，则D 的极坐标表示是

0θπ≤≤,01cos r θ≤≤+，

于是

1cos 1cos 2

4

1

cos sin cos sin 4D

I xyd d r rdr r d θ

πθ

π

σθθθθθθ

++==?=?????

?

14

401

11cos (1cos )cos cos (1)44d t t t dt πθθθθ-=-+=-+??

1111

455511111111(1)(1)[(1)(1)]44520

t t dt td t t t t dt ----=+=?+=+-+???

1

61

1113216[32(1)](32)20620315t -=-+=-= (1９）已知函数()f x 满足方程()()2()0f x f x f x '''+-=及()()2x f x f x e ''+=

(Ⅰ）求()f x 的表达式; (Ⅱ)求曲线2

20

()

()x

y f x f t dt =-?

的拐点．

【考点】二阶常系数齐次线性微分方程;函数图形的拐点 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

(ｉ)二阶常系数齐次线性微分方程0y py qy '''++=的特征方程2

0r pr q ++=有两个不同的实根,微分方程的通解形式为1212r x

r x

y C e C e =+.

(ｉｉ）拐点的充分判别定理:设()f x 在(,)a b 内二阶可导，0(,)x a b ∈，则()0f x ''=，若在0x 两侧附近0()f x ''异号，则点00(,())x f x 为曲线的拐点. （Ⅰ)因()f x 满足

()()2()0

f x f x f x '''+-=

①

()()2x

f x f x e ''+=

②

由②得()2()x f x e f x ''=-，代入①得 ()3()2x

f x f x e '-=-, 两边乘3x

e

-得 32[()]2x

x e

f x e --'=-

积分得 32()x

x e

f x e C --=+,即3()x x f x e Ce =+

代入②式得3392x

x

x

x

x e Ce e Ce

e +++=0C ?=，于是()x

f x e =

代入①式自然成立.因此求得()x

f x e = (Ⅱ）曲线方程为2

2

x

x t y e

e dt -=?

为求拐点，先求出y ''.

2

2

21x

x t y xe e dt -'=+?

,

22

2

2

20

242x

x

x

t x t y e e dt x e

e dt x --''=++?

?

，

由于0,0,()0,0,0,0x y x >>??

''==??<

因此(0,(0))(0,0)y =是曲线的唯一拐点．

（２0)证明：2

1ln cos 1,12

x x x x x ++≥+-(11)x -<< 【考点】函数单调性的判别

【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点：

函数单调性的判定法 设函数()y f x =在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导. ①如果在(,)a b 内()0f x '>,那么函数()y f x =在[,]a b 上单调增加; ②如果在(,)a b 内()0f x '<,那么函数()y f x =在[,]a b 上单调减少.

证明:令()2

1ln cos 1(11)12x x f x x x x x +=+---<<-,

则转化为证明()0f x ≥（(1,1)x ∈-)

因()()f x f x =-,即()f x 为偶函数,故只需考察0x ≥的情形. 用单调性方法．

()111111ln

sin ln sin 111111x x f x x x x x x x x x x x x ++??'=++--=+--- ?-+---+??

， 22

1111()cos 111(1)(1)

f x x x x x x ''=

+++--+--+, 2233

1122

()sin 0((0,1])(1)(1)(1)(1)f x x x x x x x '''=-

++-+>∈+--+，

其中

22110(1)(1)x x ->-+，33

11

2[]0(1)(1)

x x ->-+，sin 0((0,1))x x >∈ 因

(0,1)

x ∈时

(3)()0

f x >,又()

f x ''在

[0,1)

连续()f x ''?在[0,1),

()(0)20f x f ''''>=>(

(0,1]

x ∈)，

同

理

()

f x '在

[0,1)

,()(0)0((0,1])f x f x ''>=∈()f x ?在[0,1)

，

()(0)0((0,1])f x f x >=∈.又因()f x 为偶函数()0((1,1),0)f x x x ?>∈-≠，(0)0f =.即原

不等式成立. (２1）

（Ⅰ）证明：方程1

1n

n x x

x -++

+=(n 为大于1的整数)在区间1,12??

???

内有且仅有一个实根;

（Ⅱ）记（Ⅰ)中的实根为n x ，证明lim n n x →∞

存在，并求此极限． 【考点】闭区间上连续函数的性质 【难易度】★★★★

【证明】本题涉及到的主要知识点：

零点定理:设函数()f x 在闭区间[,]a b 上连续,且()f a 与()f b 异号（即()()0f a f b ?<）,那么在开区间(,)a b 内至少有一点ξ,使()0f ξ=. （Ⅰ)转化为证明()1

1n

n f x x x

x -=++

+-在1

(,1)2

有唯一零点.

由于()f x 在1(,1)2

连续,又

(1)10f n =->，

21

1111

2()1101222

212

n f =+++-<-=-，

由连续函数的零点存在性定理可知()f x 在1(,1)2

至少存在一个零点．又

121

()(1)210(1)2

n n f x nx n x x x --'=+-+

++><<,

所以()f x 在1[,1]

2

,()f x 在1(,1)2

的零点唯一,即1

1n n x x x -++

+=在1

(,1)2

内只有一个根.

(Ⅱ）记1

()1n n n f x x x x -=++

+-,它的唯一零点记为1

((,1))2

n n x x ∈.现证n x ．由于

111()1()n n n n n f x x x x x f x +++=+++-=+,

显然11()02n f +<，1

11()0()n n n n n f x x f x +++=>?在1(,)2

n x 有唯一零点，此零点必然是1n x +,且

11

2

n n x x +<< 因此n x 单调下降且有界,故必存在极限1lim ([,1))2

n n x a a →∞

∈记

因11n n n n

n x x

x -++

+=,即1

11n n n

n

x x x +-=-,

令n →∞011a a -?=-1

2

a ?= 即1lim 2

n n x →∞

=

. (22）设10010101,00100010a a A a a β????

? ?

- ? ?== ? ? ? ?

????

（I ）计算行列式A ；

（I Ｉ)当实数a 取何值时，方程组Ax β=有无穷多解,并求其通解.

【考点】行列式按行(列）展开定理;非齐次线性方程组有解的充分必要条件

【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

（i ）行列式按行(列）展开定理:行列式等于它的任一行（列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和,即1122(1,2,

,)i i i i in in D a A a A a A i n =++

+=,

或1122(1,2,

,)j j j j nj nj D a A a A a A j n =++

+=.

(ｉi)设A 是m n ?矩阵,方程组Ax b =,则方程组有无穷多解()()r A r A n ?=< (I)按第一列展开，即得

4141000101(1)101001

01a a A a a a a a

+=?+-=-

（Ⅱ)因为0A =时，方程组Ax β=有可能有无穷多解.由(I ）知1a =或1a =- 当1a =时，

110011

1001011010

1101()001100

01101001000002A β????

???

?

--????

=→

????

???

?

????

????，

由于()3r A =,()4r A =，故方程组无解.因此,当1a =时不合题意,应舍去. 当1a =-时,

110011

00100110101011()00110001101001000000A β?-??-?

????

----?

???

=→????--????

-????????

, 由于()()3r A r A ==，故方程组Ax β=有无穷多解．选3x 为自由变量，得方程组通解为:

(0,1,0,0)(1,1,1,1)T T k -+(k 为任意常数).

(23)已知1

10

111001A a a ?? ?

?= ?

- ?-??

,二次型123(,,)()T T

f x x x x A A x =的秩为２

（I)求实数a 的值；

(II ）求正交变换x Qy =将f 化为标准形．

【考点】二次型的秩；实对称矩阵的特征值和特征向量;用正交变换化二次型为标准形 【难易度】★★★

【详解】本题涉及到的主要知识点:

（i)实对称矩阵的特性：不同特征值的特征向量互相正交. (ii)任给二次型,1

()n

ij i

j

ij

ji i j f a x x a

a ==

=∑,总有正交变换x Py =,使f 化为标准形

22

2

1122n n f y y y λλλ=++

+，其中12,,

,n λλλ是f 的矩阵()ij A a =的特征值.

(I)二次型()T T x A A x 的秩为２,即()2T

r A A = 因为()()T

r A A r A =,故()2r A =．对A 作初等变换有

1

11

1011011100

01010

00A a a a ?????????

??

?=→????

-+????

-????

, 所以1a =-.

（II)当1a =-时，202022224T

A A ????=??????

.由

2

02

02

2(2)(6)2

2

4

T E A A λλλλλλλ---=

--=-----，

可知矩阵T

A A 的特征值为０，2，６．

对0λ=,由(0)0T

E A A x -=得基础解系(1,1,1)T

--, 对2λ=，由(2)0T

E A A x -=得基础解系(1,1,0)T

-,

对6λ=,由(6)0T E A A x -=得基础解系(1,1,2)T

.

实对称矩阵特征值不同特征向量相互正交,故只需单位化

.

11,1,1)T γ=

--

,21,1,0)T γ=-

，32)T γ=.

那么令

11

22

33

x y

x y

x y

??

??

??

????

??

????

=??

????

??

????

????

?

?

?

,就有22

23

()26

T T T

x A A x y y y y

=Λ=+.