2015考研数学三真题与答案

2015年全国硕士研究生入学统一考试数学（三）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)设{}n x 是数列,下列命题中不正确的是 ( )(A) 若lim →∞=n n x a ,则 221lim lim +→∞→∞==n n n n x x a(B) 若221lim lim +→∞→∞==n n n n x x a , 则lim →∞=n n x a(C) 若lim →∞=n n x a ,则 331lim lim +→∞→∞==n n n n x x a(D) 若331lim lim +→∞→∞==n n n n x x a ,则lim →∞=n n x a【答案】(D)【解析】考查数列极限与子列极限的关系。

数列收敛，那么它的任何无穷子列均收敛，所以A 与C 正确；一个数列存在多个无穷子列并集包含原数列所有项，且这些子列均收敛于同一个值，则原数列是收敛的。

B 正确，D 错,故选D(2) 设函数()f x 在(),-∞+∞内连续,其2阶导函数()f x ''的图形如右图所示,则曲线()=y f x 的拐点个数为 ( )(A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3 【答案】(C)【解析】根据拐点的必要条件，拐点可能是()f x ''不存在的点或()0f x ''=的点处产生。

所以()y f x =有三个点可能是拐点，根据拐点的定义，即凹凸性改变的点；二阶导函数()f x ''符号发生改变的点即为拐点。

所以从图可知，拐点个数为2，故选C. (3) 设 (){}2222,2,2=+≤+≤D x y xy x x y y ,函数(),f x y 在D 上连续,则(),d d Df x y x y =⎰⎰ ( )(A)()()2cos 2sin 4204d cos ,sin d d cos ,sin d f r r r r f r r r r θθθθθθθθπππ+⎰⎰⎰⎰ (B)()()2sin 2cos 420004d cos ,sin d d cos ,sin d f r r r r f r r r r θθθθθθθθπππ+⎰⎰⎰⎰(C) ()1012d ,d xxf x y y ⎰⎰(D) ()102d ,d xxf x y y ⎰【答案】(B)【解析】根据图可得，在极坐标系下该二重积分要分成两个积分区域1(,)0,02sin 4D r r πθθθ⎧⎫=≤≤≤≤⎨⎬⎩⎭2(,),02cos 42D r r ππθθθ⎧⎫=≤≤≤≤⎨⎬⎩⎭所以2sin 2cos 4204(,)(cos ,sin )(cos ,sin )Df x y dxdy d f r r rdr d f r r rdr ππθθπθθθθθθ=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰，选B 。

(4) 下列级数中发散的是( )(A) 13n n n∞=∑ (B)1)n n ∞=+(C) 2(1)1ln n n n ∞=-+∑ (D) 1!n n n n ∞=∑【答案】(C)【解析】A 为正项级数，因为1113lim lim 1333n n n n n n n →∞→∞++==<，所以根据正项级数的比值判别法13nn n∞=∑收敛；B为正项级数，因为3211)n n+，根据P 级数收敛准则，知1)n n ∞=+收敛； C ，111(1)1(1)1ln ln ln n n n n n n n n ∞∞∞===-+-=+∑∑∑，根据莱布尼茨判别法知1(1)ln nn n ∞=-∑收敛，11ln n n ∞=∑发散，所以根据级数收敛定义知，1(1)1ln n n n ∞=-+∑发散；D 为正项级数，因为1(1)!(1)!1(1)lim lim lim 1!!(1)1nn n n n n nn n n n n n n n n en +→∞→∞→∞+++⎛⎫===< ⎪++⎝⎭，所以根据正项级数的比值判别法1!n n n n ∞=∑收敛，所以选C 。

(5)设矩阵21111214a a ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭A ,21d d ⎛⎫ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭b .若集合}{1,2Ω=，则线性方程组=Ax b 有无穷多解的充分必要条件为：( )(A) ,a d ∉Ω∉Ω (B) ,a d ∉Ω∈Ω (C) ,a d ∈Ω∉Ω (D) ,a d ∈Ω∈Ω 【答案】(D)【解析】2211111111(,)1201111400(1)(2)(1)(2)A b ad a d a d a a d d ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪=→-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪----⎝⎭⎝⎭，由()(,)3r A r A b =<，故1a =或2a =，同时1d =或2d =。

故选（D ）(6) 设二次型()123,,f x x x 在正交变换=x Py 下的标准形为2221232y y y +-，其中123(,,)=P e e e ，若132(,,)=-Q e e e 则123(,,)f x x x =在正交变换=x Qy 下的标准形为( )(A)2221232y y y -+ (B) 2221232y y y +- (C) 2221232y y y -- (D) 2221232y y y ++ 【答案】(A)【解析】由x Py =，故222123()2T T T f x Ax y P AP y y y y ===+-.且 200010001T P AP ⎛⎫⎪= ⎪⎪-⎝⎭.100001010Q P PC⎛⎫ ⎪== ⎪ ⎪-⎝⎭200()010001T T T Q AQ C P AP C ⎛⎫⎪==- ⎪⎪⎝⎭所以222123()2T T T f x Ax y Q AQ y y y y ===-+。

选（A ） (7) 若,A B 为任意两个随机事件,则: ( )(A)()()()≤P AB P A P B (B)()()()≥P AB P A P B (C) ()()()2+≤P A P B P AB (D) ()()()2+≥P A P B P AB【答案】(C)【解析】由于,A B A A B B ⊂⊂，按概率的基本性质，我们有()()P AB P A ≤且()()P AB P B ≤，从而()()()2P A P B P AB +≤，选(C) .(8) 设总体()~,,X B m θ12,,,n X X X 为来自该总体的简单随机样本, X 为样本均值,则()21n i i E X X =⎡⎤∑-=⎢⎥⎣⎦( )(A) ()()11θθ--m n (B)()()11θθ--m n (C)()()()111θθ---m n (D)()1θθ-mn 【答案】(B)【解析】根据样本方差2211()1n i i S X X n ==--∑的性质2()()E S D X =，而()(1)D X m θθ=-，从而221[()](1)()(1)(1)ni i E X X n E S m n θθ=-=-=--∑，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) 20ln(cos )lim__________.x x x →=【答案】12-【解析】原极限2200ln(1cos 1)cos 11limlim 2x x x x x x →→+--===- (10)设函数()f x 连续，2()()d ,x x xf t t ϕ=⎰若(1)1,(1)5,ϕϕ'==则(1)________.f =【答案】2【解析】因为()f x 连续，所以()x ϕ可导，所以2220()()2()x x f t dt x f x ϕ'=+⎰；因为(1)1ϕ=，所以1(1)()1f t dt ϕ==⎰又因为(1)5ϕ'=，所以1(1)()2(1)5f t dt f ϕ'=+=⎰故(1)2f =(11)若函数(,)z z x y =由方程23e 1x y zxyz +++=确定，则(0,0)d _________.z=【答案】1233dx dy --【解析】当0x =，0y =时带入231x y z e xyz +++=，得0z =。

对231x y z e xyz +++=求微分，得2323()(23)()x y z x y z d e xyz e d x y z d xyz +++++=+++23(23)x y z e dx dy dz yzdx xzdy xydz ++=+++++0=把0x =，0y =，0z =代入上式，得230dx dy dz ++= 所以(0,0)1233dz dx dy =--(12)设函数()y y x =是微分方程20y y y '''+-=的解，且在0x =处取得极值3，则()________.y x =【答案】2()2x x y x e e -=+【解析】20y y y '''+-=的特征方程为220λλ+-=，特征根为2λ=-，1λ=，所以该齐次微分方程的通解为212()xx y x C eC e -=+，因为()y x 可导，所以0x =为驻点，即(0)3y =，(0)0y '=，所以11C =，22C =，故2()2x x y x e e -=+(13)设3阶矩阵A 的特征值为2,2,1-，2,=-+B A A E 其中E 为3阶单位矩阵，则行列式________.=B 【答案】 21【解析】A 的所有特征值为2,2,1.-B 的所有特征值为3,7,1. 所以||37121B =⨯⨯=。

(14)设二维随机变量(,)X Y 服从正态分布(1,0;1,1;0)N ，则{0}_________.P XY Y -<= 【答案】12【解析】由题设知，~(1,1),~(0,1)X N Y N ，而且X Y 、相互独立，从而{0}{(1)0}{10,0}{10,0}P XY Y P X Y P X Y P X Y -<=-<=-><+-<> 11111{1}{0}{1}{0}22222P X P Y P X P Y =><+<>=⨯+⨯=. 三、解答题：15～23小题,共94分.请将解答写在答题纸．．．指定位置上.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤. (15)(本题满分10 分)设函数3()ln(1)sin ,()f x x a x bx x g x c kx=+++==.若()f x 与()g x 在0x →时是等价无穷小，求,,a b k 的值. 【答案】 111,,23a b k --=-== 【解析】法一：因为233ln(1)()23x x x x o x +=-++，33sin ()3!x x x o x =-+， 那么，23333000(1)()()()ln(1)sin 231lim lim lim ()x x x a aa xb x x o x f x x a x bx x g x kx kx→→→++-+++++===， 可得：100213a ab ak⎧⎪+=⎪⎪-=⎨⎪⎪=⎪⎩，所以，11213a b k ⎧⎪=-⎪⎪=-⎨⎪⎪=-⎪⎩．法二：解：由题，得300sin )1ln(lim )()(lim1kx xbx x a x x g x f x x +++==→→203cos sin 11limkxx bx x b x ax ++++=→ 由分母03lim 2=→kx x ，得分子)cos sin 11(lim 0x bx x b xax ++++→0)1(lim 0=+=→a x ，求得c ；于是)()(lim10x g x f x →=23cos sin 111lim kx x bx x b x x +++-=→）（x kx xx bx x x b x x +++++=→13cos )1(sin )1(lim20 203c o s )1(s i n )1(lim kx xx bx x x b x x ++++=→kxxx bx x bx x x b x x b x b x 6sin )1(cos cos )1(cos )1(sin 1lim 0+-++++++=→由分母06lim 0=→kx x ，得分子]sin )1(cos cos )1(2sin 1[lim 0x x bx x bx x x b x b x +-++++→0)cos 21(lim 0=+=→x b x ，求得21-=b ；进一步，b 值代入原式)()(lim 10x g x f x →=kxx x x x x x x x x 6sin )1(21cos 21cos )1(sin 211lim0++-+--=→ k xx x x x x x x x x x x x x x 6cos )1(21sin 21sin )1(21sin 21cos 21sin )1(cos cos 21lim 0++++++-++--=→k621-=，求得.31-=k(16)(本题满分10 分) 计算二重积分()d d Dx x y x y +⎰⎰，其中222{(,)2,}.D x y xy y x =+≤≥【答案】 245π-【解析】2()DDx x y dxdy x dxdy +=⎰⎰⎰⎰21202x dx dy =⎰12202)x x dx =⎰12240022222sin 2cos 55x t xt tdt π=--⎰⎰22242002222sin 2sin .5545u t tdt udu πππ==-=-=-⎰⎰(17)(本题满分10分)为了实现利润的最大化，厂商需要对某商品确定其定价模型，设Q 为该商品的需求量，P 为价格，MC 为边际成本，η为需求弹性(0)η>.(I) 证明定价模型为11MC P η=-； (II) 若该商品的成本函数为2()1600C Q Q =+，需求函数为40Q P =-，试由（I ）中的定价模型确定此商品的价格. 【答案】(I)略(II) 30P =.【解析】(I)由于利润函数()()()()L Q R Q C Q PQ C Q =-=-,两边对Q 求导，得()dL dP dP P Q C Q P Q MC dQ dQ dQ'=+-=+-. 当且仅当0dL dQ =时，利润()L Q 最大，又由于P dQ Q dP η=-⋅,所以1dP PdQ Q η=-⋅, 故当11MCP η=-时，利润最大. (II)由于()22(40)MC C Q Q P '===-,则40P dQ P Q dP Pη=-⋅=-代入(I)中的定价模型，得2(40)401P P P P-=--,从而解得30P =.(18)(本题满分10 分)设函数()f x 在定义域I 上的导数大于零，若对任意的0x I ∈，曲线()y f x =在点00(,())x f x 处的切线与直线0x x =及x 轴所围成区域的面积恒为4，且(0)2f =，求()f x表达式. 【答案】()84f x x=- 【解析】曲线的切线方程为()()()000y f x f x x x '-=-，切线与x 轴的交点为()()000,0f x x f x ⎛⎫- ⎪ ⎪'⎝⎭故面积为：()()200142f x S f x =='.故()f x 满足的方程为()()28f x f x '=,此为可分离变量的微分方程,解得()8f x x C -=+，又由于()0=2f ，带入可得4C =-，从而()84f x x=- (19)(本题满分 10分)（I ）设函数(),()u x v x 可导，利用导数定义证明[()()]()()()();u x v x u x v x u x v x '''=+ （II ）设函数12(),(),,()n u x u x u x 可导，12()()()()n f x u x u x u x =，写出()f x 的求导公式.【答案】12()[()()()]n f x u x u x u x ''=121212()()()()()()()()()n n n u x u x u x u x u x u x u x u x u x '''=+++【解析】（I ）0()()()()[()()]lim h u x h v x h u x v x u x v x h→++-'=0()()()()()()()()lim h u x h v x h u x h v x u x h v x u x v x h→++-+++-=00()()()()lim ()lim ()h h v x h v x u x h u x u x h v x h h→→+-+-=++ ()()()()u x v x u x v x ''=+ （II ）由题意得12()[()()()]n f x u x u x u x ''=121212()()()()()()()()()n n n u x u x u x u x u x u x u x u x u x '''=+++(20) (本题满分 11分)设矩阵101101a a a ⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭A =，且3=A O .(I) 求a 的值；(II)若矩阵X 满足22--+=X XA AX AXA E ，其中E 为3阶单位矩阵，求X .【答案】3120,111211a X -⎛⎫ ⎪==- ⎪ ⎪-⎝⎭【解析】(I)323100100111100011a A O A a a a a a a a a=⇒=⇒-=--==⇒=-(II)由题意知()()()()()()()()()222211122212X XA AX AXA E X E A AX E A E E A X E AE X E A E A E A E A X E A A ------+=⇒---=⎡⎤⇒--=⇒=--=--⎣⎦⇒=--2011111112E A A -⎛⎫⎪--=- ⎪ ⎪--⎝⎭，011100111010111010011100112001112001----⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪-→- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪----⎝⎭⎝⎭MM M M M M 111010111010011100011100021011001211------⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪→--→-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-----⎝⎭⎝⎭M M M M M M 110201100312010111010111001211001211---⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪→-→- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭M M M M M M 312111211X -⎛⎫ ⎪∴=- ⎪ ⎪-⎝⎭(21) (本题满分11 分)设矩阵02313312a -⎛⎫ ⎪=-- ⎪ ⎪-⎝⎭A 相似于矩阵12000031b -⎛⎫⎪⎪ ⎪⎝⎭B =.(I) 求,a b 的值；（II ）求可逆矩阵P ，使1-P AP 为对角矩阵.【答案】2314,5,101011a b P --⎛⎫ ⎪===- ⎪ ⎪⎝⎭【解析】(1) ~()()311A B tr A tr B a b ⇒=⇒+=++0231201330012031--=⇒--=-A B ba 14235-=-=⎧⎧∴⇒⎨⎨-==⎩⎩a b a a b b 023100123133010123123001123---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪∴=--=+--=+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭A E C()123112*********---⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪=--=-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭CC 的特征值1230,4λλλ===0λ=时(0)0-=E C x 的基础解系为12(2,1,0);(3,0,1)ξξ==-T T 5λ=时(4)0-=E C x 的基础解系为3(1,1,1)ξ=--TA 的特征值1:1,1,5λλ=+A C令123231(,,)101011ξξξ--⎛⎫⎪==- ⎪ ⎪⎝⎭P ，1115-⎛⎫⎪∴= ⎪ ⎪⎝⎭P AP(22) (本题满分11 分)设随机变量X 的概率密度为()2ln 2,00,0x x f x x -⎧>⎪=⎨≤⎪⎩对X 进行独立重复的观测,直到第2个大于3的观测值出现时停止，记Y 为观测次数(I)求Y 的概率分布； (II)求()E Y .【答案】(I)12221171188n n n P Y n C p p p n ---==-=-{}()()()()，23,,n = ；(II)16E Y =().【解析】(I) 记p 为观测值大于3的概率，则313228()ln x p P X dx +∞-=>==⎰，从而12221171188n n n P Y n C p p p n ---==-=-{}()()()()，23,,n=为Y 的概率分布；(II) 将随机变量Y 分解成=Y M N +两个过程,其中M 表示从1到()n n k <次试验观测值大于3首次发生，N 表示从1n +次到第k 试验观测值大于3首次发生. 则M Ge n p ~(,)，NGe k n p -(,)所以11221618E Y E M N E M E N p p p =+=+=+===()()()().(23) (本题满分11 分) 设总体X 的概率密度为,1,(,),x f x θθθ⎧≤≤⎪=-⎨⎪⎩110其他, 其中θ为未知参数，12n X ,X ,,X 为来自该总体的简单随机样本.(I)求θ的矩估计量；(II)求θ的最大似然估计量. 【答案】(I)1121ni i X X X n θ==-=∑,；(II)12n X X X θ=min{,,,}.【解析】(I)11112()(;)E X xf x dx x dx θθθθ+∞-∞+==⋅=-⎰⎰， 令()E X X =，即12X θ+=，解得1121ni i X X X n θ==-=∑,为θ的矩估计量 ；(II)似然函数1()(;)nii L f x θθ==∏，当1i x θ≤≤时，11111()()nni L θθθ===--∏，则1ln ()ln()L n θθ=--. 从而1ln ()d L nd θθθ=-，关于θ单调增加，所以12n X X X θ=min{,,,}为θ的最大似然估计量.。