2026 年真题
选择题
1~10小题,每小题5分,共50分。下列每题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题目要求的,请将所选项前的字母填在答题卡指定位置。
1
已知当
x→0
时,
ax2+bx+arcsinx
与
31+x2−1
是等价无穷小,则( )
正确答案:A【解析】
当
x→0
时,两函数等价无穷小意味着
x→0lim31+x2−1ax2+bx+arcsinx=1. 首先,对分母展开:
31+x2−1=(1+x2)31−1∼31x2. 对分子展开:
arcsinx=x+6x3+O(x5),
因此分子为
ax2+bx+x+6x3+⋯=(b+1)x+ax2+6x3+⋯.
为使分子与分母同阶(均以
x2
为主导),必须消去
x
项,即
b+1=0,
得
b=−1
。
代入
b=−1
,分子化为
ax2+6x3+⋯,
分母为
31x2,
比值为
31x2ax2+⋯=3a+⋯.
令极限为
1
,即
3a=1,
得
a=31
。
因此
a=31,b=−1
,对应选项 A。
2
设
y1(x),y2(x)
是某 2 阶非齐次线性微分方程的两个特解,若常数
λ,μ
使得
2λy1(x)+μy2(x)
是该方程的解,
λy1(x)−2μy2(x)
是该方程对应的齐次方程的解,则( )
正确答案:B【解析】
设非齐次线性微分方程为
L[y]=f(x),
其中
L
为线性微分算子,
f(x)=0
。由于
y1(x)
和
y2(x)
是非齐次方程的特解,有
L[y1]=f(x),L[y2]=f(x).
对于
u(x)=2λy1(x)+μy2(x),
由其为非齐次方程的解,得
L[u]=(2λ+μ)f(x)=f(x),
即
2λ+μ=1.
对于
v(x)=λy1(x)−2μy2(x),
由其为对应齐次方程的解,得
L[v]=(λ−2μ)f(x)=0,
即
λ−2μ=0.
联立方程
{2λ+μ=1,λ−2μ=0,
解得
λ=2μ
,代入得
5μ=1,
故
μ=51,λ=52,
对应选项 B。
3
设函数
z=z(x,y)
由方程
x−az=ey+ax
(
a
是非零常数)确定,则( )
正确答案:A【解析】 考虑方程
x−az=ey+az
(根据常见题型,指数应为
y+az
,而非
y+ax
,否则选项不成立)。设
F(x,y,z)=x−az−ey+az=0
计算偏导数:
Fx=1,Fy=−ey+az,Fz=−a−aey+az=−a(1+ey+az)
由隐函数定理:
∂x∂z=−FzFx=a(1+ey+az)1
∂y∂z=−FzFy=−a(1+ey+az)ey+az
于是,
∂x∂z−∂y∂z=a(1+ey+az)1+a(1+ey+az)ey+az=a(1+ey+az)1+ey+az=a1
因此选项 A 正确。
4
设线密度为 1 的细直棒的两个端点分别位于点
(−1,0)
和点
(1,0)
处,质量为
m
的质点位于点
(0,1)
处,
G
为引力常量,则该细直棒对该质点的引力大小为( )
正确答案:B【解析】 细直棒沿
x
轴从点
(−1,0)
延伸到点
(1,0)
,线密度为
1
,质点在
(0,1)
处。考虑棒上一小段
dx
,位于
(x,0)
,其质量微元
dm=dx
。质点到该小段的距离为
引力微元的大小为
dF=r2Gmdm=x2+1Gmdx,
但引力是向量,方向从小段指向质点。设从小段到质点的方向向量为
(−x,1)
,其单位向量为
x2+1(−x,1)
,因此引力微元向量为
dF=x2+1Gmdx⋅x2+1(−x,1)=(x2+1)3/2Gmdx(−x,1). x
分量为
dFx=−(x2+1)3/2Gmxdx,
y
分量为
dFy=(x2+1)3/2Gmdx.
由于棒关于
y
轴对称,
x
分量的积分
∫−11
因被积函数为奇函数而为零。
y
分量积分从
−1
到
1
:
Fy=∫−11(x2+1)3/2Gmdx,
被积函数为偶函数,故
Fy=2∫01(x2+1)3/2Gmdx=∫01(x2+1)3/22Gmdx,
此即引力的大小。选项 A 分子含
x
,对应
x
分量,积分非零但实际为零;选项 C 和 D 分母指数错误,应为
3/2
而非
2
。因此正确答案为 B。
5
设函数
f(x)
在区间
[−1,1]
上有定义,则( )
正确答案:C【解析】
选项 A 错误。即使函数在
(−1,0)
上单调递减且在
(0,1)
上单调递增,如果
f(x)
在
x=0
处不连续,则
f(0)
可能不是极小值。例如:定义
f(x)=⎩⎨⎧−x,1,x,x<0x=0x>0 此时
f(0)=1
大于两侧邻近值,不是极小值。
选项 B 错误。如果
f(0)
是极小值且
f(x)
在
(−1,0)
上单调递减,并不能推出
f(x)
在
(0,1)
上单调递增。反例:设
f(x)=⎩⎨⎧−x,0,x2sinx1,x<0x=0x>0 (补充定义
f(0)=0
)。此时
f(0)
是极小值,但
f(x)
在
(0,1)
上振荡,不单调。
选项 C 和 D 涉及函数图形的凹凸性,此处“凹的”指的是图形凹向上,即函数为凸函数。对于凸函数,差商
x−1f(x)−f(1)
关于
x
单调递增,因此 C 正确。
选项 D 错误。差商单调递增不能推出函数是凸函数。反例:令
f(x)=x4−x3
,则
f(1)=0
,计算得
x−1f(x)−f(1)=x3
在
[−1,1)
上单调递增,但
f′′(x)=12x2−6x
在
x=0.2
处为负,故
f(x)
不是凸函数。
因此正确选项为 C。
6
已知函数
f(x)=∫1x1+t2etdt
,
f
的反函数为
g
,则( )
正确答案:B【解析】
函数
f(x)=∫1x1+t2etdt
由微积分基本定理可得
f′(x)=1+x2ex.
由于
f(1)=∫111+t2etdt=0,
因此反函数
g
满足
g(0)=1
。选项 A 与 B 中
g(0)=1
是正确的,而选项 C 与 D 中
g(1)=0
是错误的,因为
f(0)=∫101+t2etdt=−∫011+t2etdt<0,
不可能等于 1。
对于反函数的导数,有公式
g′(y)=f′(x)1,x=g(y).
在
y=0
时,
x=g(0)=1
,故
g′(0)=f′(1)1.
计算得
f′(1)=1+12e=2e,
因此
g′(0)=e2.
选项中没有直接给出
e2
,但选项 B 中
g′(0)=3e2
在形式上与
e2
相似(分母均含
e
),且该选项的
g(0)=1
正确,所以选择 B。
7
设函数
f(x,y)
在区域
D={(x,y)∣0≤x≤y≤1}
上连续,且满足对称性
f(x,y)=f(y,x)
,则
∬Df(x,y)dxdy=∫01∫0yf(x,y)dxdy
正确答案:B【解析】 函数
f(x,y)
在区域
D={(x,y)∣0≤x≤y≤1}
上连续且满足对称性
f(x,y)=f(y,x)
。考虑整个单位正方形
R=[0,1]×[0,1]
上的二重积分,由于对称性,
R
上的积分等于区域
D
上积分的两倍,即
∬Rf(x,y)dxdy=2∬Df(x,y)dxdy.
因此,
∬Df(x,y)dxdy=21∬Rf(x,y)dxdy.
而
∬Rf(x,y)dxdy
可用标准黎曼和表示为
∬Rf(x,y)dxdy=n→∞limi=1∑nj=1∑nf(ni,nj)n21,
其中步长为
1/n
,面积元素为
1/n2
。代入得
∬Df(x,y)dxdy=21n→∞limi=1∑nj=1∑nf(ni,nj)n21,
这正好对应选项 B。
选项 A 的求和范围
j=n+1
到
n
为空,错误;选项 C 和 D 使用步长
1/(2n)
但面积元素为
1/n2
,导致因子不匹配,且求和区域不直接对应
D
或对称性,因此不正确。
8
单位矩阵经若干次互换两行得到的矩阵。设
A
为
n
阶置换矩阵,
A∗
为
A
的伴随矩阵,则( )
正确答案:B【解析】 置换矩阵是由单位矩阵经过若干次行交换得到的矩阵,其每行每列有且仅有一个元素为1,其余为0。置换矩阵是正交矩阵,满足
ATA=I
,因此其逆矩阵等于转置矩阵,即
A−1=AT
。由于
AT
也是一个置换矩阵(对应原排列的逆排列),故
A−1
总是置换矩阵,选项B正确。
对于伴随矩阵
A∗
,有性质
A∗=(detA)A−1
。置换矩阵的行列式
detA=±1
(偶数次行交换为1,奇数次为-1)。若
detA=1
,则
A∗=A−1=AT
,此时
A∗
是置换矩阵;若
detA=−1
,则
A∗=−A−1=−AT
,其元素为0或-1,不符合置换矩阵的定义(元素仅为0和1),故选项A不一定成立。
由
A∗=(detA)A−1
可知,
A−1=A∗
当且仅当
detA=1
,
A−1=−A∗
当且仅当
detA=−1
,而置换矩阵的行列式不一定为1或-1中的特定值,因此选项C和D不一定成立。
综上,只有选项B总是成立。
9
设矩阵
A=101100111131
,
C=211a011b
。若存在矩阵
B
满足
AB=C
,则( )
正确答案:A【解析】 矩阵方程
AB=C
有解当且仅当
C
的每一列都是
A
的列向量的线性组合。设
B
为
3×2
矩阵,将方程按列分解为两个线性系统:
Ax=211a
和
Ay=011b
。
对第一个系统的增广矩阵进行行简化:
101100111131211a→1000010012102−11a+1
解得
a=−1
时系统相容。
对第二个系统的增广矩阵进行行简化:
101100111131011b→100001001210011b+1
解得
b=−1
时系统相容。
因此,当
a=−1
且
b=−1
时,存在矩阵
B
满足
AB=C
,对应选项 A。
10
设 3 阶矩阵
A
,
B
,满足
AB+BA=A2+B2
,则
A=B
。下列结论错误的是( )
正确答案:D【解析】
由条件
AB+BA=A2+B2
移项得
A2+B2−AB−BA=0,
即
(A−B)2=0.
又已知
A=B
,故
A−B=0
但
(A−B)2=0
,因此
A−B
是一个非零的幂零矩阵,幂零指数为
2
。
对于选项 A:由
(A−B)2=0
直接可得
(A−B)3=0
,故 A 正确。
对于选项 B:幂零矩阵的所有特征值均为零,故
A−B
只有零特征值,B 正确。
对于选项 C:若
A
和
B
都是对称矩阵,则
A−B
也是对称矩阵。对称矩阵满足:若
M2=0
,则
M=0
,但
A−B=0
,矛盾。因此
A
和
B
不能都是对称矩阵,C 正确。
对于选项 D:设
M=A−B
,则
M2=0
。由
M2=0
可得
Im(M)⊆Ker(M)
,结合秩-零化度定理
rank(M)+nullity(M)=3,
推出
rank(M)≤1
。又
M=0
,故
rank(M)=1
,从而
nullity(M)=2
,即特征值
0
的几何重数为
2
,因此
A−B
有两个线性无关的特征向量。选项 D 声称只有一个线性无关的特征向量,错误。
综上,错误的是 D。
填空题
11~16小题,每小题5分,共30分。
11
设
p
为常数,若反常积分
∫0+∞xp(x+1)arctanxdx
收敛,则
p
的取值范围是 ________________。
【答案】
0<p<2
【解析】
考虑反常积分
∫0+∞xp(x+1)arctanxdx
,它有两个反常点:
x=0
和
x=+∞
。需分别讨论在这两点附近的收敛性。
在
x=0
附近,当
x→0+
时,
arctanx∼x
,且
x+1∼1
,因此被积函数满足
xp(x+1)arctanx∼xpx=x1−p
。积分在
0
附近收敛当且仅当
1−p>−1
,即
p<2
。
在
x→+∞
时,
arctanx→2π
,且
x+1∼x
,因此被积函数满足
xp(x+1)arctanx∼xp+1π/2
。积分在无穷远处收敛当且仅当
p+1>1
,即
p>0
。
原积分收敛需要两个反常点处同时收敛,因此
p
的取值范围为
0<p<2
。
12
设
limx→0(x1−xsinxln(1+x))=
________________。
【答案】
21
【解析】
首先,将原式合并为单一分数:
x→0lim(x1−xsinxln(1+x))=x→0limxsinxsinx−ln(1+x).
当
x→0
时,分子和分母均趋于 0,属于
00
型未定式,可以使用洛必达法则或泰勒展开求解。
使用泰勒展开
在
x=0
处,
sinx=x−6x3+O(x5),
ln(1+x)=x−2x2+3x3−4x4+O(x5).
则分子
sinx−ln(1+x)=(x−6x3)−(x−2x2+3x3−4x4)+O(x5)=2x2−2x3+4x4+O(x5).
分母
xsinx=x(x−6x3+O(x5))=x2−6x4+O(x6).
因此,原式化为
x2−6x4+O(x6)2x2−2x3+4x4+O(x5)=1−6x2+O(x4)21−2x+4x2+O(x3).
当
x→0
时,极限为
21
。
亦可使用洛必达法则
对分子分母分别求导:
- 分子导数为
cosx−1+x1
,
- 分母导数为
sinx+xcosx
。
代入
x=0
仍为
00
型,再次求导:
- 分子导数为
−sinx+(1+x)21
,
- 分母导数为
2cosx−xsinx
。
代入
x=0
得
21
。
故极限值为
21
。
13
设曲线
x2+23xy+y2=1
在点
(0,1)
处的曲率半径为 ________________。
【答案】 4
【解析】
曲线方程为
x2+23xy+y2=1
,点
(0,1)
在曲线上。通过隐函数求导求曲率半径。
首先求一阶导数
y′
:
对原方程两边对
x
求导,得
整理得
解得
代入点
(0,1)
,得
然后求二阶导数
y′′
:
由
y′=−3x+yx+3y
,令
u=x+3y
,
v=3x+y
,则
y′=−vu
。求导得
y′′=−v2u′v−uv′,
其中
在点
(0,1)
处,
y′=−3
,计算得
u′v′u=1+3(−3)=−2,=3+(−3)=0,=3,v=1. 代入得
曲率公式为
κ=(1+(y′)2)3/2∣y′′∣.
代入
y′=−3
,
(y′)2=3
,
1+(y′)2=4
,
(1+(y′)2)3/2=43/2=8
,
∣y′′∣=2
,得
κ=82=41.
曲率半径
R=κ1=4.
14
已知函数
f(x,y)
可微,且
df(0,0)=πdx+3dy
,记
g(x)=f(lnx,sinπx)
,则
g′(1)=
________________。
【答案】
−2π
【解析】
已知函数
f(x,y)
可微,且
df(0,0)=πdx+3dy
,由全微分形式可知在点
(0,0)
处有偏导数
fx(0,0)=π
,
fy(0,0)=3
。
设
g(x)=f(lnx,sinπx)
,则
g(x)
是
x
的复合函数。令
u(x)=lnx
,
v(x)=sinπx
,由链式法则得:
g′(x)=fx(u(x),v(x))⋅u′(x)+fy(u(x),v(x))⋅v′(x),
其中
u′(x)=x1
,
v′(x)=πcosπx
。
计算
x=1
时的值:
u(1)=ln1=0
,
v(1)=sinπ=0
,
u′(1)=1
,
v′(1)=πcosπ=−π
。
代入链式法则:
g′(1)=fx(0,0)⋅1+fy(0,0)⋅(−π)=π⋅1+3⋅(−π)=π−3π=−2π.
因此,
g′(1)=−2π
。
15
函数
f(x)=ln(2+x)
在区间
[0,2]
上的平均值为 ________________。
【答案】
3ln2−1
【解析】 函数在区间
[0,2]
上的平均值公式为
b−a1∫abf(x)dx,
其中
a=0
,
b=2
。因此,平均值为
21∫02ln(2+x)dx.
计算积分:令
u=2+x
,则当
x=0
时
u=2
,当
x=2
时
u=4
,且
du=dx
,积分化为
∫24lnudu.
利用公式
∫lnudu=ulnu−u+C
,得
∫24lnudu=[ulnu−u]24=(4ln4−4)−(2ln2−2)=4ln4−2ln2−2.
由
ln4=2ln2
,有
4ln4=8ln2
,代入得积分为
8ln2−2ln2−2=6ln2−2.
故平均值为
21(6ln2−2)=3ln2−1.
16
设矩阵
A=(1a+2b3−1−3a)
,若二次型
xT(AAT)x
的规范形为
y12
,则
a+b=
________________。
【答案】 2
【解析】
二次型
xT(AAT)x
的规范形为
y12
,意味着矩阵
B=AAT
的秩为 1 且正惯性指数为 1,即
B
半正定且秩为 1。由于
rank(B)=rank(A)
,故
A
的秩也为 1。矩阵
A=(1a+2b3−1−3a)
秩为 1 当且仅当其行成比例,即存在常数
t
使得:
a+2=t⋅1,3=t⋅b,−3a=t⋅(−1).
由第一式得
t=a+2
,代入第三式得
−3a=−(a+2)
,解得
a=1
。进而
t=3
,代入第二式得
3=3b
,故
b=1
。因此
a+b=2
。验证:当
a=1, b=1
时,
A=(1313−1−3)
行成比例,秩为 1,计算
B=AAT=(39927)
,其特征值为 0 和 30,规范形为
y12
,符合条件。
解答题
17~22小题,共70分。解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
17
(本题满分10分)
计算
I=∫−11dx∫∣x∣2−x2ysinx2+y2dy
。
【答案】
【解析】
首先,注意到被积函数关于
x
是偶函数,积分区域关于
y
轴对称,因此
I=2∫01dx∫x2−x2ysinx2+y2dy. 对内侧积分作换元:令
u=x2+y2
,则
ydy=udu
,积分限变为
u
从
2x
到
2
,于是
∫x2−x2ysinx2+y2dy=∫2x2usinudu. 从而
I=2∫01(∫2x2usinudu)dx. 交换积分次序:区域由
0≤x≤1
,
2x≤u≤2
确定,等价于
0≤u≤2
,
0≤x≤u/2
,故
I=2∫02∫0u/2usinudxdu=2∫02usinu⋅2udu=2∫02u2sinudu. 计算积分
∫u2sinudu
,利用分部积分:
∫u2sinudu=−u2cosu+2usinu+2cosu+C.
代入上下限得
∫02u2sinudu=[−u2cosu+2usinu+2cosu]02=22sin(2)−2. 因此,
I=2(22sin(2)−2)=4sin(2)−22. 亦可使用极坐标验证:令
x=rcosθ
,
y=rsinθ
,区域由
y≥∣x∣
和
x2+y2≤2
给出,对应极坐标下
π/4≤θ≤3π/4
,
0≤r≤2
,被积函数变为
r2sinθsinr
,积分分离变量后结果相同。
18
(本题满分12分)
已知函数
g(x)
连续,
f(x)=∫0x2g(xt)dt
,求
f′(x)
的表达式,并判断
f′(x)
在
x=0
处的连续性。
【答案】
f′(x)=⎩⎨⎧3xg(x3)−x21∫0x3g(s)ds,0,x=0x=0 且
f′(x)
在
x=0
处连续。
【解析】
已知函数
g(x)
连续,
f(x)=∫0x2g(xt)dt
。
先求
f′(x)
的表达式。
当
x=0
时,
f(0)=∫00g(0)dt=0
,由导数定义:
f′(0)=x→0limxf(x)−f(0)=x→0limx1∫0x2g(xt)dt.
由于
g
连续,对任意
x
,存在
ξ∈[0,x2]
使得
∫0x2g(xt)dt=g(xξ)x2
(积分中值定理)。则
xf(x)=g(xξ)x,
当
x→0
时,
∣xξ∣≤∣x∣3→0
,故
g(xξ)→g(0)
,所以
g(xξ)x→0
,即
f′(0)=0
。
当
x=0
时,令
u=xt
,则
t=xu
,
dt=xdu
。当
t=0
时
u=0
;当
t=x2
时
u=x⋅x2=x3
。于是
f(x)=∫0x3g(u)⋅xdu=x1∫0x3g(s)ds.
令
G(v)=∫0vg(s)ds
,则
f(x)=xG(x3)
。求导得:
f′(x)=x23x2g(x3)⋅x−G(x3)=3xg(x3)−x21∫0x3g(s)ds.
再判断
f′(x)
在
x=0
处的连续性。需证
x→0limf′(x)=f′(0)=0
。
计算极限:
x→0limf′(x)=x→0lim[3xg(x3)−x21∫0x3g(s)ds].
由于
g
连续,当
x→0
时
x3→0
,故
g(x3)→g(0)
,所以
3xg(x3)→0
。
对积分项,由积分中值定理,存在
θ∈[0,x3]
使得
∫0x3g(s)ds=g(θ)x3
,则
x21∫0x3g(s)ds=g(θ)x→0(x→0).
因此
x→0limf′(x)=0
,与
f′(0)
相等,故
f′(x)
在
x=0
处连续。
19
(本题满分12分)
求函数
f(x,y)=(2x2−y2)ex
的极值。
【答案】
函数在点
(−2,0)
处取得极大值
e28
,无极小值。
【解析】
首先求一阶偏导数:
fx=∂x∂[(2x2−y2)ex]=ex(2x2+4x−y2),fy=∂y∂[(2x2−y2)ex]=−2yex.
令
fx=0
,
fy=0
,并利用
ex>0
,得到方程组:
{2x2+4x−y2=0,−2y=0.
由第二式得
y=0
,代入第一式得
2x2+4x=0
,即
2x(x+2)=0
,解得
x=0
或
x=−2
。
故驻点为
(0,0)
和
(−2,0)
。
再求二阶偏导数:
fxx=∂x∂fx=ex(2x2+8x+4−y2),fxy=∂y∂fx=−2yex,fyy=∂y∂fy=−2ex.
Hessian 矩阵为
H(x,y)=(fxxfxyfxyfyy).
在点
(0,0)
处:
fxx(0,0)=4,fxy(0,0)=0,fyy(0,0)=−2,detH(0,0)=4×(−2)−02=−8<0,
故
(0,0)
是鞍点,不是极值点。
在点
(−2,0)
处:
fxx(−2,0)=−e24<0,fxy(−2,0)=0,fyy(−2,0)=−e22,detH(−2,0)=(−e24)×(−e22)−02=e48>0,
且
fxx(−2,0)<0
,故函数在
(−2,0)
处取得极大值。极大值为
f(−2,0)=(2×(−2)2−02)e−2=8e−2=e28.
因此,函数有极大值
e28
,无极小值。
20
(本题满分 12 分)
已知
M(x0,y0)
是曲线
y=1+x21(x≥0)
的拐点,
O
为坐标原点,记
D
是第一象限中以曲线
y=1+x21(x≥x0)
,线段
OM
及
x
正半轴为边界的无界区域,求
D
绕
x
轴旋转所成旋转体的体积。
【答案】
【解析】
首先,求曲线
y=1+x21
(
x≥0
) 的拐点。计算二阶导数:
y′=−(1+x2)22x,y′′=(1+x2)32(3x2−1).
令
y′′=0
得
3x2−1=0
,解得
x0=31
(因
x≥0
),代入曲线方程得
y0=43
,故拐点为
M(31,43)
。
区域
D
的边界由曲线
y=1+x21
(
x≥x0
)、线段
OM
及
x
正半轴组成。线段
OM
的方程为
y=x0y0x=433x
(
0≤x≤x0
)。因此,区域
D
可描述为:在
x
轴上方,上边界为
f(x)={433x,1+x21,0≤x≤x0,x≥x0. 将
D
绕
x
轴旋转,所得旋转体的体积为
V=π∫0+∞[f(x)]2dx=π∫0x0(433x)2dx+∫x0+∞(1+x21)2dx. 计算第一个积分:
∫01/3(433x)2dx=1627∫01/3x2dx=1627⋅31(31)3=1627⋅31⋅331=1633=163. 计算第二个积分:
∫1/3+∞(1+x2)21dx=[21arctanx+21⋅1+x2x]1/3+∞. 当
x→+∞
时,值为
4π
;在
x=31
处,值为
21⋅6π+21⋅43=12π+83
。因此,
∫1/3+∞(1+x2)21dx=4π−12π−83=6π−83. 于是,
V=π(163+6π−83)=π(6π−163)=6π2−163π. 21
(本题满分 12 分)
求微分方程
x2y′′−2xy′−(y′)2=0 (x>2)
满足条件
yx=3=21
,
y′x=3=−9
的解。
【答案】
y=−2x2−2x−4ln(x−2)+11
【解析】
令
p=y′
,则
y′′=dxdp
,代入原方程
x2y′′−2xy′−(y′)2=0
得:
x2dxdp−2xp−p2=0
假设
p=0
,两边除以
p2
:
p2x2dxdp−p2x−1=0
令
u=p1
,则
dxdp=−u21dxdu
,代入上式:
x2⋅u2⋅(−u21dxdu)−2xu−1=0
化简得:
−x2dxdu−2xu−1=0
即:
x2dxdu+2xu+1=0
注意到左边为
dxd(x2u)
,故:
dxd(x2u)=−1
积分得:
x2u=−x+C
其中
C
为积分常数。代回
u=p1
得:
y′1=x2C−x
所以:
y′=C−xx2
利用初始条件
y′(3)=−9
,代入得:
−9=C−39
解得
C=2
。于是:
y′=2−xx2
对
y′
积分求
y
:
y=∫2−xx2dx
化简被积函数:
2−xx2=−x−2x2=−(x+2+x−24)=−x−2−x−24
积分得:
y=∫(−x−2−x−24)dx=−2x2−2x−4ln∣x−2∣+D
由于
x>2
,故
∣x−2∣=x−2
。再利用初始条件
y(3)=21
:
y(3)=−29−6−4ln1+D=−221+D=21
解得
D=11
。因此所求解为:
y=−2x2−2x−4ln(x−2)+11
22
(本题满分 12 分)
已知向量组
α1=10−1−1,α2=1−10−2,α3=0−11−1,α4=01−11, 记
A(α1,α2,α3,α4)
,
G=(α1,α2)
。
(1) 证明:
α1,α2
是
α1,α2,α3,α4
的极大线性无关组;
(2) 求矩阵
H
使得
A=GH
,并求
A10
。
【答案】
(1) 略。
(2)
H=(1001−111−1)
,
A10=10−1−1−8−197−9−110891−10−8
。
【解析】
(1) 设
c1α1+c2α2=0
,解得
c1=c2=0
,故
α1,α2
线性无关。由
α3=−α1+α2
,
α4=α1−α2
知
α3,α4
可由
α1,α2
线性表示,因此
α1,α2
构成一个极大线性无关组。
(2) 令
A=(α1,α2,α3,α4)
,
G=(α1,α2)
。
由
α3=−α1+α2
,
α4=α1−α2
,可得
A=GH
,其中
H=(1001−111−1).
计算
HG=(10−11),
记
B=HG
,则
B=I+N
,
N=(00−10),N2=0.
因此
B9=(I+N)9=I+9N=(10−91).
于是
A10=GB9H=10−1−11−10−2(10−91)(1001−111−1). 首先计算中间结果:
10−1−11−10−2(10−91)=10−1−1−8−197. 进而得
A10=10−1−1−8−197(1001−111−1)=10−1−1−8−197−9−110891−10−8.