2015考研数学二真题及答案

2015考研数学二真题及答案
一、选择题:1:8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) 下列反常积分收敛的是 ( )
(A)
2
+∞
⎰
(B)
2
ln x dx x +∞
⎰
(C)
2
1
ln dx x x +∞
⎰ (D)
2
x x dx e +∞
⎰
【答案】(D) 【解析】(1)x x x
dx x e e
-=-+⎰，则
2222(1)3lim (1)3x x x x x dx x e e x e e e +∞+∞
----→+∞=-+=-+=⎰. (2) 函数()2
sin lim(1)
x t
t t f x x
→=+
在(,)-∞+∞内 ( )
(A) 连续 (B) 有可去间断点 (C) 有跳跃间断点 (D) 有无穷间断点 【答案】(B)
【解析】2
2
0sin lim 0sin ()lim(1)t x t x x t x t
t t f x e e x
→→=+
==，0x ≠，故()f x 有可去间断点0x =.
(3)设函数()1cos ,00,0
x x x f x x α
β⎧>⎪=⎨⎪
≤⎩(0,0)αβ>>,若()'f x 在0x =处连续则:( )
(A)0αβ-> (B)01αβ<-≤ (C)2αβ-> (D)02αβ<-≤ 【答案】(A)
【解析】0x <时，()0f x '=()00f -'=
()10
01
cos
010lim lim cos x x x x f x x x
αβαβ+
+
-+→→-'== 0x >时，()()()11111cos 1sin f x x x x x x
αα
βββαβ-+'=+-- 11
11cos
sin x x x x
ααβββαβ---=+ ()f x '在0x =处连续则：()()10
1
00lim cos 0x f f x x αβ
+
--+→''===得10α->
()()++11
00110lim =lim cos sin =0x x f f x x x x x ααβββαβ---→→⎛⎫''=+ ⎪⎝⎭
得：10αβ-->，答案选择A
(4)设函数()f x 在(),-∞+∞内连续，其中二阶导数()''f x 的图形
如图所示，则曲线()=y f x 的拐点的个数为 ( )
(A) 0
(B) 1 (C) 2
(D) 3
【答案】(C)
【解析】根据图像观察存在两点，二阶导数变号.则拐点个数为2个。

(5) 设函数(),f u v 满足2
2
,y f x y x y x ⎛⎫
+=- ⎪⎝
⎭ ，则
1
1
u v f
u ==∂∂与
11
u v f v
==∂∂ 依次是 ( )
(A)
1
,02 (B) 1
0,2
(C) 1,02-
(D) 1
0,2
-
【答案】(D)
【解析】此题考查二元复合函数偏导的求解. 令,y u x y v x =+=，则,11u uv x y v v ==++，从而22(,)y
f x y x y x
+=-变为
2
2
2
(1)
(,)111u uv u v f u v v v v -⎛⎫⎛⎫=-=
⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭
.故
2
2
2(1)2,1(1)f u v f u u v v v ∂-∂==-∂+∂+，
因而
11
1
1
1
0,2u u v v f f u
v ====∂∂==-∂∂.故选（D ）. (6)设D 是第一象限由曲线21xy =，41xy =与直线y x =，
3y x =围成的平面区域，函数(),f x y 在D 上连续，则
(),D
f x y dxdy =⎰⎰ ( )
(A)
()1
3sin 214
2sin 2cos ,sin d f r r rdr π
θπθ
θθθ⎰⎰
(B)
()sin 2314
2sin 2cos ,sin d f r r rdr π
θπθθθθ⎰⎰
(C)
()13sin 214
2sin 2cos ,sin d f r r dr
π
θπθ
θθθ⎰⎰
(D)
()sin 2314
2sin 2cos ,sin d f r r dr π
θπθ
θθθ⎰⎰
【答案】(B)
【解析】根据图可得，在极坐标系下计算该二重积分的积分区域为
(,),432sin 2sin 2D r r ππθθθθ⎧=≤≤≤≤
⎨⎬⎩
⎭
所以
n 23
14
2sin 2(,)(cos ,sin )si D
f x y dxdy d f r r rdr π
θπθ
θθθ=⎰⎰⎰⎰
故选B.
(7) 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 a
d 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 ） (8) 设二次型()123,,f x x x 在正交变换=x Py 下的标准形为
222
123
2y 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) 222
1232y y y +- (C) 2221232y y y -- (D) 222123
2y y y ++
【答案】(A)
【解析】由x Py =，故222
123
()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222
123
()2T T T f x Ax y Q AQ y y y y ===-+。

选（A ）
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) 3
arctan 3x t y t t =⎧⎨=+⎩
则 21
2
t d y dx ==
【答案】48
【解析】
2
222
333(1)11dy
dy t dt t dx dx
dt t +===++ 2222[3(1)]d y d t dx dx
=+=222222[3(1)]
12(1)12(1)11d t t t dt t t dx dt t ++==++ 22
1
48t d y
dx ==.
(10)函数2()2x f x x =⋅在0x =处的n 阶导数(0)n
f =_________ 【答案】()()
2
1ln 2n n n --
【解析】根据莱布尼茨公式得：
()()()
()()(2)
22
2
(1)0222ln 2(1)ln 22
n n n n x n x n n f C n n ---=-==
=- (11) 设()f x 连续，
()()20
x x x f t dt ϕ=⎰
，若()()11,15ϕϕ'==，则()1f =
【答案】2
【解析】 已知2
()()x x x f t dt ϕ=⎰，求导得2
220
()()2()x x f t dt x f x ϕ'=+⎰
，故
有1
0(1)()1,f t dt ϕ==⎰
(1)12(1)5,f ϕ'=+=则(1)2f =.
(12)设函数()y y x =是微分方程''
'
20y y y +-=的解，且在0x =处
()y x 取得极值3，则()y x = 。

【答案】22x x e e -+
【解析】由题意知：()03y =，()00y '=，由特征方程：220λλ+-=解得121,2λλ==-
所以微分方程的通解为：212x x
y C e C e -=+代入()03y =，()00y '=解得：
12C =21C =
解得：22x
x
y e e
-=+
(13)若函数(),Z z x y =由方程231x y z
e xyz +++=确定，则()
0,0dz = 。

【答案】()1
d 2d 3
x y -
+ 【解析】当0,0x y ==时0z =，则对该式两边求偏导可得
2323(3)
x y z x y z z
e xy yz e x
++++∂+=--∂ 2323(3)
2x y z x y z z
e xy xz e y
++++∂+=--∂。

将（0,0,0）点值代入即有 12
,.(0,0)(0,0)33
z z x y ∂∂=-=-∂∂
则可得()(0,0)121
|d 2d .333
dz dx dy x y =--
=-+ (14) 若3阶矩阵A 的特征值为2,2,1-，2B A A E =-+，其中E 为3阶单位阵，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 =⨯⨯=。

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()ln(1)sin f x x a x bx x =+++，3
()g x 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,,32
a k
b =-=-=- 【解析】 方法一：
因为233
ln(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 a
a x
b x x o x f x x a x bx x g x kx kx
→→→++-+++++===，
可得：10
02
13a a
b a
k
⎧⎪+=⎪
⎪-=⎨⎪⎪=⎪⎩，所以，11213a b k ⎧
⎪=-⎪⎪=-⎨⎪⎪=-⎪⎩．
方法二：
由题意得
3
00
sin )1ln(lim )()(lim
1kx x
bx x a x x g x f x x +++==→→2
3cos sin 11lim
kx x bx x b x a
x ++++=→
由分母03lim 2
=→kx x ，得分子)cos sin 11(lim 0
x bx x b x
a
x ++++
→0)1(lim 0
=+=→a x ，求得c ；
于是)()
(lim
10
x g x f x →=2
3cos sin 11
1lim kx
x bx x b x x +++-
=→ ）
（x kx x
x bx x x b x x +++++=→13cos )1(sin )1(lim 20 203cos )1(sin )1(lim kx
x
x bx x x b x x ++++=→
kx
x
x 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 0
x x bx x bx x x b x b x +-++++→0)cos 21(lim 0
=+=→x b x ，
求得2
1
-
=b ； 进一步，b 值代入原式
)()(lim 10x g x f x →=kx
x x x x x x x x x 6sin )1(21cos 21cos )1(sin 211lim
0++-+--=→ k
x
x x x x x x x x x x x x x x 6cos )1(21
sin 21sin )1(21sin 21cos 21sin )1(cos cos 2
1lim 0++++++-++--=→
k 621
-
=，求得.31
-=k
(16) (本题满分10分)
设A>0，D 是由曲线段sin (0)2
y A x x π
=≤≤
及直线0y =，2
x π
=
所围成
的平面区域，1V ，2V 分别表示D 绕x 轴与绕y 轴旋转成旋转体的体积，若
12V V =，求A 的值。

【答案】
8π
【解析】由旋转体的体积公式，得
dx
x f ⎰
=
20
2
1)(V π
πdx
x A ⎰=20
2
)sin (π
πdx x
A
⎰
-=20
2
2
2cos 1π
π4
2
2A π=
dx x xf ⎰
=
20
2)(2V π
πA x d x A -πππ
2cos 220
==⎰
由题,V V 21=求得.8
A π
=
(17) (本题满分11分)
已知函数(,)f x y 满足"(,)2(1)x xy f x y y e =+，'(,0)(1)x
x f x x e =+，
2(0,)2f y y y =+，求 (,)f x y 的极值。

【答案】极小值(0,1)1f -=-
【解析】x xy
e y y x
f )1(2),(+=''两边对y 积分，得 )()2
1(
2),(2
x e y y y x f x x ϕ++=')()2(2x e y y x ϕ++=，
故x
x e x x x f )1()()0,(+=='ϕ，
求得)1()(+=x e x x
ϕ，
故)1()2(),(2x e e y y y x f x
x x +++='，两边关于x 积分，得
⎰+++=dx x e e y y y x f x x )1()2(),(2
⎰
+++=x
x
de x e y y )1()2(2 ⎰
-+++=dx e e x e y y x
x
x )1()2(2 C )1()2(2
+-+++=x
x
x
e e x e y y C )2(2
+++=x
x
xe e y y
由y y y y y f 2C 2),0(2
2
+=++=，求得.0=C 所以x
x
xe e y y y x f ++=)2(),(2
.
令⎪⎩
⎪⎨⎧=+='=+++='0)22(0)2(2x
y x
x x x e y f xe e e y y f ，求得⎩⎨⎧-==10y x . 又x x x xx
xe e e y y f +++=''2)2(2， x xy
e y
f )1(2+=''，x
yy e f 2=''， 当1,0-==y x 时，
(0,1)1,xx
A f ''=-=,0)1,0(
B =-''=xy f 2)1,0(=-''=yy f
C ， 20,AC B ->(0,1)1f -=-为极小值.
(18) (本题满分10分) 计算二重积分
()D
x x y dxdy +⎰⎰
，其中{}222
(,)2,D x y x y y x =+≤≥
【答案】245
π
- 【解析】
2
()D
D
x x y dxdy x dxdy +=⎰⎰⎰⎰
2
1
20
2x
dx x dy =⎰
1220
2)x x dx =⎰
1
2240022
222sin 2cos 55
x t x
t tdt π=--
⎰⎰
22
24200222
2sin 2sin .5545
u t tdt udu π
ππ==-=-=-⎰⎰
(19)(本题满分 11 分) 已知函数(
)1X
f x =+⎰
⎰，求()f x 零点的个数？
【答案】2个
【解析】()21)f x x '==- 令()0f x '=,得驻点为12
x =
, 在1
(,)2
-∞,()f x 单调递减,在1(,)2
+∞,()f x 单调递增 故1()2
f 为唯一的极小值,也是最小值.
而111224
1()2f =+=-⎰⎰⎰
12
2
4
=
--⎰
⎰⎰
在1(,1)2
<
故
12
2
0-<⎰
⎰
从而有1()02
f <
2
1lim ()lim[]x x x f x →-∞
→-∞
=+=+∞⎰⎰
2
21
1
1
lim ()lim[]lim[]
x x x x x f x →+∞
→+∞
→+∞
=+=-⎰⎰
⎰
⎰
考虑2
lim lim x x x ==+∞，所以lim ()x f x →+∞
=+∞.
所以函数()f x 在1(,)2
-∞及1(,)2
+∞上各有一个零点，所以零点个数为2. (20) (本题满分10分)
已知高温物体置于低温介质中，任一时刻该物体温度对时间的变化率与该时刻物体和介质的温差成正比，现将一初始温度为120C ︒的物体在20C ︒的恒温介质中冷却，30min 后该物体降至30C ︒，若要将该物体的温度继续降至21C ︒，还需冷却多长时间？ 【答案】30min
【解析】设t 时刻物体温度为()x t ，比例常数为(0)k >，介质温度为m ,则
()dx
k x m dt
=--，从而()kt x t Ce m -=+， (0)120,20x m ==，所以100C =，即()10020kt x t e -=+
又1()30,2x =所以2ln10k =，所以1
1
()20100t x t -=+
当21x =时，t =１，所以还需要冷却３０min.
(21) (本题满分10分)
已知函数()f x 在区间[]+a ∞，上具有2阶导数，()0f a =，()0f x '>，
()''0f x >，设b a >，曲线()y f x =在点()(),b f b 处的切线与x 轴的交
点是()00x ，，证明0a x b <<。

【证明】根据题意得点(,())b f b 处的切线方程为()()()y f b f b x b '-=-
令0y =，得0()
()
f b x b f b =-
' 因为(x)0f '>所以(x)f 单调递增，又因为(a)0f = 所以(b)0f >，又因为()0f b '>
所以0()
()
f b x b b f b =-
<' 又因为0()
()
f b x a b a f b -=--
'，而在区间（a,b ）上应用拉格朗日中值定理有 (b)f(a)
(),(a,b)f f b a
ξξ-'=∈-
所以0()()()()()
()()()()()()
f b f b f b f b f x a b a f b f b f f b f b f ξξξ''--=--
=-=''''' 因为(x)0f ''>所以(x)f '单调递增 所以()()f b f ξ''>
所以00x a ->，即0x a >，所以0a x b <<，结论得证. (22) (本题满分 11 分)
设矩阵101101a A a a ⎛⎫
⎪
=- ⎪ ⎪⎝⎭
且3A O =.
(1) 求a 的值；
(2) 若矩阵X 满足22X XA AX AXA E --+=，E 为3阶单位阵，求X . 【答案】2010,111211a X -⎛⎫
⎪
==-- ⎪
⎪-⎝⎭
【解析】
(I)3
231
001001
1110001
1
a A O A a a a a a a
a
a
=⇒=⇒-=--==⇒=-
(II)由题意知
()()()()()
()
()()()
22221
1
1
2
22
1
2X XA AX AXA E X E A AX E A E E A X E A E X E A E A E A E A X E A A ------+=⇒---=⎡⎤⇒--=⇒=--=--⎣⎦
⇒=--
2011111112E A A -⎛⎫
⎪
--=- ⎪ ⎪--⎝⎭
，
011100111010111010011100112001112001----⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪-→- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪----⎝⎭⎝⎭M
M M M M M 111010111010011100011100021011001211------⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪→--→-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-----⎝⎭⎝⎭M M M M M M 110201100312010111010111001211001211---⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪→-→- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭M M M M M M 312111211X -⎛⎫ ⎪∴=- ⎪ ⎪-⎝⎭
(23) (本题满分11 分)
设矩阵02313312A a -⎛⎫
⎪
=-- ⎪ ⎪-⎝⎭相似于矩阵12000031B b -⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭
.
（1）求,a b 的值；
（2）求可逆矩阵P ，使1P AP -为对角阵.
【答案】
（1）4,5a b ==； （2）
231101011P --⎛⎫ ⎪=- ⎪
⎪⎝⎭
【解析】(I)~()()311A B tr A tr B a b ⇒=⇒+=++
23120
1
330
01
2
31
--=⇒--=-A B b a
14
235
-=-=⎧⎧∴⇒⎨⎨
-==⎩⎩a b a a b b (II)
023100123133010123123001123A E C ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪
=--=+--=+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭
()123112*********---⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪
=--=-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭
C
C 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=--T
A 的特征值1:1,1,5λλ=+A C
令123231(,,)101011ξξξ--⎛⎫ ⎪
==- ⎪ ⎪⎝⎭P ，
1115-⎛⎫ ⎪
∴= ⎪ ⎪⎝⎭
P AP。