新考研数学二试题及答案
新考研数学二试题及答案 The final edition was revised on December 14th, 2020.
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221
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。
(ii )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)。
(iii )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:
00000()()()lim lim
x x f x x f x y
f x x x
→→+-'==. 在本题中,按定义
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 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
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
-=>?>?,
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 ?,则使不等式1122(,)(,)f x y f x y <成立的一个充分条件是( )
(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
?,当x 固定时对y 单调下降,故当12y 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:
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 ππ
ππ--
-=-=-?????
其中521(1sin )2
x x -,sin x 均为奇函数,所以
52
221(1sin )02x x dx π
π--=?,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
11,,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111
1121212
12[(1)][(1)](1)()(1)Q AQ PE A PE E P AP E ----== 故选B.
二、填空题:914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 令0x =,0y =,0y '=得 2(0)(0)y y ''''-= 于是(0)1y ''=
(10)22222111lim 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,
(11)设1(ln )z f x y =+,其中函数()f u 可微,则2
z 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】2x 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 =.
(13)曲线()20y 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
22221(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,331
sin ()6
x x x o x =-+?sin x
x ,31sin 6
x x
x -. (Ⅰ)()322
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 解得1k =.
方法二:利用等价无穷小量代换 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20AC 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
解得驻点为(1,0)-,(1,0) 又
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
1
x ,切线方程为000
1
ln ()y x x x x -=
-,代入(0,1)点,解得20x e =,从而切点A 坐标为2(,2)e ,切线方程为2
1
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
(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:
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
(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220()()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20r 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()0f 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 -'=+?
,
2
2
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)()0f 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11n 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()11n 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11n 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
因此n x 单调下降且有界,故必存在极限1
lim ([,1))2n 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10010
101
,00100010a a A a a β????
? ?
-
? ?== ? ? ? ?
????
(I )计算行列式A ;
(II )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
(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
10111001A 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
10
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1122330
x y
x y x y ????????????????=??????
?????????????
,就有22
23()26T T T x A A x y y y y =Λ=+.