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B) (C) (D)
【答案】A
【考点】常见随机变量的分布
【难易度】★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
若随机变量的概率密度为
则称服从参数为的指数分布.
在本题中,依题设知,的概率密度分别为
又与相互独立,从而与的联合概率密度为
于是
故选A.
(8)将长度为的木棒随机地截成两段,则两段长度的相关系数为 ( )
(A) (B) (C) (D)
【答案】D
【考点】相关系数的性质
【难易度】★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
若,则当时,;当时,.
在本题中,设其中一段木棒长度为,另一段木棒长度为,显然,即,与之间有明显的线性关系,从而.故选D.
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)若函数满足方程及,则
【答案】
【考点】二阶常系数齐次线性微分方程
【难易度】★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
二阶常系数齐次线性微分方程的特征方程有两个不同的实根,微分方程的通解形式为.
在本题中,因满足
①
②
由①、②,得,
两边乘以得
积分得,即
代入②式得,于是
代入①式自然成立.因此求得.
(10)
【答案】
【考点】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:
第一类换元法
在本题中,
,
其中是半单位圆的面积.
(11)
【答案】
【考点】梯度
【难易度】★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
在本题中,记,则
,,
因此
(12)设,则
【答案】
【考点】曲面积分的计算
【难易度】★★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
曲面积分公式:
在本题中,投影到平面上.在平面上的投影区域为
由的方程,
现将曲面积分化为二重积分,然后求出积分值.
(13)设为3维单位列向量,E为3阶单位矩阵,则矩阵的秩为
【答案】2
【考点】矩阵的特征值的性质;实对称矩阵的相似对角矩阵
【难易度】★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
(i)若,则;
(ii)实对称矩阵必可对角化.
在本题中,设,则有,又
,
易见秩.那么,
所以矩阵的特征值为1,0,0,从而的特征值为0,1,1.
又因为对称矩阵,从而,故.
(14)设,,是随机事件,A与C互不相容,
【答案】
【考点】条件概率
【难易度】★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
条件概率公式
在本题中,由于与互不相容,所以,,从而.于是
.
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)证明:
【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 设函数在上连续,在内可导.
①如果在内,那么函数在上单调增加;
②如果在内,那么函数在上单调减少.
证明:令,
则转化为证明()
因,即为偶函数,故只需考察的情形.
用单调性方法.
,
,
,
其中,,
因时,又在连续在,(),同理在,在,
.又因为偶函数,.即原不等式成立.
(16)求函数的极值.
【考点】多元函数的极值
【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:设在点的某邻域有连续的二阶偏导数,又,,令,,,则
(1)当时,在取极值,且当时取极小值,时取极大值;
(2)当时,不是的极值点;
(3)当时,仅此不足以判断是否是的极值点,还需另作讨论.
在本题中,先求函数的驻点.
解得驻点为,
又
根据判断极值的第二充分条件,
代入(1,0),得,,,从而,,所以在(1,0)取得极大值,极大值为;
代入(-1,0),得,,,从而,,所以在(-1,0)取得极小值,极小值为.
(17)求幂级数的收敛域及和函数.
【考点】幂级数的收敛域、和函数
【难易度】★★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
(i)求幂级数收敛域的步骤:
(1)求收敛半径:设,则
(2)讨论端点的敛散性:如果,则需进一步讨论在处的敛散性;
(3)写出幂级数的收敛域.
(ii)和函数的性质:
(1)和函数在内可导,并且有逐项求导公式:
;
(2)在幂级数的收敛域上逐项积分公式成立,即
.
本题中,直接用求收敛半径的公式,先求
于是收敛半径
当时,原级数=,第n项的极限即,所以当时,原级数发散;同理可证,时,原级数也是发散的.
因此,原级数的收敛域为.
和函数
令,,
因为,
所以.
因为,所以
所以
当时,;
当时,,.
所以
(18)已知曲线其中函数具有连续导数,且,
.若曲线的切线与轴的交点到切点的距离恒为1,求函数的表达式,并求以曲线及轴和轴无边界的区域的面积.
【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)曲线在点处的切线方程为.
(ii)由曲线及直线,与轴所围成的曲边梯形的面积是定积分.
(Ⅰ)求.
当时,曲线在切点处的切线斜率为,
切线方程为
令得切线与轴的交点的坐标为
于是点坐标为,切点的坐标为
依题设,与的距离为,
化简得,
积分得
(Ⅱ)求无界区域的面积
曲线可表为,当时
当时,于是
(19)已知是第一象限中从点沿圆周到点,再沿圆周到点的曲线段,计算曲线积分
【考点】格林公式
【难易度】★★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
格林公式:
在本题中,记
1);
2)曲线不封闭,添加辅助线沿轴由点到点.
;
3)在与围成的区域上用格林公式(边界取正向,即逆时针方向):
,
因此
(20)设
(I)计算行列式;
(II)当实数为何值时,方程组有无穷多解,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,
或.
(ii)设是矩阵,方程组,则方程组有无穷多解
(I)按第一列展开,即得
(II)因为时,方程组有可能有无穷多解.由(I)知或
当时,
,
由于,,故方程组无解.因此,当时不合题意,应舍去.
当时,
,
由于,故方程组有无穷多解.选为自由变量,得方程组通解为:
(为任意常数).
(21)
已知,二次型的秩为2
(I)求实数的值;
(II)求正交变换将化为标准形.
【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,总有正交变换,使化为标准形
,其中是的矩阵的特征值.
(I)二次型的秩为2,即
因为,故.对作初等变换有
,
所以.
(II)当时,.由
,
可知矩阵的特征值为0,2,6.
对,由得基础解系,
对,由得基础解系,
对,由得基础解系.
实对称矩阵特征值不同特征向量相互正交,故只需单位化.
,,.
那么令,就有.
(22)
设二维离散型随机变量的概率分布为
(Ⅰ)求;
(Ⅱ)求.
【考点】随机变量的数学期望、方差;协方差及其性质
【难易度】★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
(i);
(ii),,
.
(Ⅰ)由随机变量的概率分布可知,
(Ⅱ)由条件知
,,,
从而,
,
,
又,于是
.
(23)
设随机变量与相互独立且分别服从正态分布与,其中是未知参数且.设
(Ⅰ)求的概率密度
(Ⅱ)设为来自总体的简单随机样本,求的最大似然估计量
(Ⅲ)证明为的无偏估计量
【考点】常见随机变量的分布;最大似然估计法;估计量的评选标准
【难易度】★★★★
【详解】本题涉及到的主要知识点:
(i)正态分布 ,
(ii)似然函数 ,对数似然方程
(iii)若估计量的数学期望存在,且对于任意有,则称是未知参数的无偏估计量.
(Ⅰ)由条件知服从正态分布,且
,,
即,从而的概率密度为
,.
(Ⅱ)由条件知似然函数为
,,,
,
令,解得.
于是的最大似然估计量为.
(Ⅲ)由于
,
从而可知,为的无偏估计量.