1993考研数二真题及解析
1993年全国硕士研究生入学统一考试数学二试题
一、填空题(本题共5小题,每小题3分,满分15分.把答案填在题中横线上.)
(1) 0
lim ln x x x +
→=＿＿＿＿＿＿. (2) 函数()y y x =由方程222sin()0x x y e xy ++-=所确定,则dy
dx
=＿＿＿＿＿＿. (3)
设1
()(2(0)x
F x dt x =
>?
,则函数()F x 的单调减少区间是＿＿＿＿＿＿.
(4)
=＿＿＿＿＿＿. (5) 已知曲线()y f x =过点1
(0,)2
-
,且其上任一点(,)x y 处的切线斜率为2ln(1)x x +,则()f x =＿＿＿＿＿＿.
二、选择题(本题共5小题,每小题3分,满分15分.每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求,把所选项前的字母填在题后的括号内.) (1) 当0x →时,变量
211sin x x
是 ( ) (A) 无穷小 (B) 无穷大
(C) 有界的,但不是无穷小 (D) 有界的,但不是无穷大
(2) 设2|1|
,1,()1 2, 1,x x f x x x ?-≠?
=-??=?
则在点1x =处函数()f x ( )
(A) 不连续 (B) 连续,但不可导 (C) 可导,但导数不连续 (D) 可导,且导数连续
(3) 已知2,01,
()1, 12,
x x f x x ?≤<= ?≤≤? 设1
()()x F x f t dt =?(02)x ≤≤,则()F x 为 ( )
(A)31,013,12x x x x ?≤
,12x x x x ?-≤
1,12
x x x x ?-≤,函数()ln x
f x x k e
=-
+在(0,)+∞内零点个数为 ( )
(A) 3 (B) 2 (C) 1 (D) 0
(5) 若()()f x f x =--,在(0,)+∞内()0,()0f x f x '''>>,则()f x 在(,0)-∞内 ( )
(A) ()0,()0f x f x '''<< (B) ()0,()0f x f x '''<> (C) ()0,()0f x f x '''>< (D) ()0,()0f x f x '''>>
三、(本题共5小题,每小题5分,满分25分.)
(1) 设2
sin[()]y f x =,其中f 具有二阶导数,求22d y
dx
.
(2) 求lim )x x x →-∞
.
(3) 求
40
1cos 2x
dx x π
+?.
(4) 求
3
(1)x
dx x +∞
+?
.
(5) 求微分方程2(1)(2cos )0x dy xy x dx -+-=满足初始条件01x y ==的特解.
四、(本题满分9分)
设二阶常系数线性微分方程x
y y y e αβγ'''++=的一个特解为2(1)x
x y e x e =++,试
确定常数,,αβγ,并求该方程的通解.
五、(本题满分9分)
设平面图形A 由22
2x y x +≤与y x ≥所确定,求图形A 绕直线2x =旋转一周所得旋
转体的体积.
六、(本题满分9分)
作半径为r 的球的外切正圆锥,问此圆锥的高h 为何值时,其体积V 最小,并求出该最小值.
七、(本题满分6分)
设0x >,常数a e >,证明()a
a x
a x a ++<.
八、(本题满分6分)
设()f x '在[0,]a 上连续,且(0)0f =,证明：
2
()2
a
Ma f x dx ≤?
,其中0max |()|x a M f x ≤≤'=.
1993年全国硕士研究生入学统一考试数学二试题解析
一、填空题(本题共5小题,每小题3分,满分15分.) (1)【答案】0
【解析】这是个0?∞型未定式,可将其等价变换成
∞
∞
型,从而利用洛必达法则进行求解. 00002
1
ln lim ln lim lim lim 011x x x x x x x x x x x
+++
+
→→→→==-=-洛. (2)【答案】22222
2cos()
2cos()2x y e x x y y x y xy
--++- 【解析】这是一个由复合函数和隐函数所确定的函数,将方程2
2
2
sin()0x
x y e xy ++-=两边对x 求导,得
222cos()(22)20x x y x yy e y xyy ''+?++--=,
化简得 222222cos()
2cos()2x y e x x y y y x y xy
--+'=+-.
【相关知识点】复合函数求导法则：
如果()u g x =在点x 可导,而()y f x =在点()u g x =可导,则复合函数[]()y f g x =在点x 可导,且其导数为
()()dy f u g x dx ''=? 或 dy dy du dx du dx
=?. (3)【答案】104
x <≤
【解析】由连续可导函数的导数与0的关系判别函数的单调性.
将函数1
()(2,x
F x dt =
-
?
两边对x 求导,得
()2F x '=. 若函数()F x 严格单调减少,
则()20F x '=-
<,
12<.
所以函数()F x 单调减少区间为1
04
x <≤
. 【相关知识点】函数的单调性：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. (4)【答案】1/2
2cos x C -+
【解析】
32sin cos x xdx -==? 3
12
2
cos cos 2cos
xd x x C -
-
=-=+?
.
(5)【答案】
222111(1)ln(1)222
x x x ++-- 【解析】这是微分方程的简单应用. 由题知
2ln(1)dy
x x dx
=+,分离变量得 2ln(1)dy x x dx =+,两边对x 积分有 2221
ln(1)ln(1)(1)2
y x x dx x d x =+=++??.
由分部积分法得
22222
21112ln(1)(1)(1)ln(1)(1)2221x x d x x x x dx x
++=++-+?+?? 222221
(1)ln(1)2
11
(1)ln(1).22
x x xdx x x x C =
++-=++-+?
因为曲线()y f x =过点1(0,)2
-,故1
2
C =-
,所以所求曲线为 222111(1)ln(1)222
y x x x =++--.
二、选择题(本题共5小题,每小题3分,满分15分.) (1)【答案】(D)
【解析】因为当0x →时,1
sin x
是振荡函数,所以可用反证法. 若取 11k x k π=
,则221111sin ()sin 0k k
k k x x ππ==, 211(2)2
k x k π
=
+,则
22
222111sin (2),(1,2,,)2
k k k k x x π=+=.
因此,当k →∞时,有10k x →及20k x →,但变量
211
sin x x
或等于0或趋于+∞,这表明当0x →时它是无界的,但不是无穷大量,即(D)选项正确.
(2)【答案】(A)
【解析】利用函数连续定义判定,即如果函数在0x 处连续,则有
000lim ()lim ()()x x x x f x f x f x →+
→-
==.
由题可知
221111|1|1
lim ()lim lim lim(1)211x x x x x x f x x x x ++++→→→→--===+=--, 221111|1|1lim ()lim lim lim(1)21
1x x x x x x f x x x x ----→→→→--===-+=---. 因()f x 在1x =处左右极限不相等,故在1x =处不连续,因此选(A). (3)【答案】(D)
【解析】这是分段函数求定积分.
当01x ≤<时,01x t ≤≤≤,故2
()f t t =,所以
2
331
1
111()()(1)33
x
x x
F x f t dt t dt t x ??
====-??????
.
当12x ≤≤时,12,t x ≤≤≤故()1f t =,所以
[]11
1
()()11x x
x
F x f t dt dt t x ====-??.
应选(D).
(4)【答案】(B)
【解析】判定函数()f x 零点的个数等价于判定函数()y f x =与x 的交点个数. 对函数()ln x f x x k e =-
+两边对x 求导,得 11()f x x e
'=-. 令()0f x '=,解得唯一驻点x e =,
即 ()0,0;(),()0,;(),f x x e f x f x e x f x '><< ??
'<<<+∞?严格单调增加严格单调减少
所以x e =是极大值点,也是最大值点,最大值为()ln 0e
f e e k k e
=-
+=>. 又因为 00lim ()lim(ln )lim ()lim (ln )x x x x x f x x k e
x f x x k e ++→→→+∞
→+∞?
=-+=-∞????=-+=-∞
??,
由连续函数的介值定理知在(0,)e 与(,)e +∞各有且仅有一个零点(不相同).
故函数()ln x
f x x k e
=-
+在(0,)+∞内零点个数为2,选项(B)正确. (5)【答案】(C)
【解析】方法一：由几何图形判断.
由()(),f x f x =--知()f x 为奇函数,图形关于原点对称； 在(0,)+∞内()0,()0,()f x f x f x '''>>图形单调增加且向上凹,
根据图可以看出()f x 在(,0)-∞内增加而凸,()0,()0f x f x '''><,选(C). 方法二：用代数法证明.
对恒等式()()f x f x =--两边求导,得
()(),()()f x f x f x f x ''''''=-=--.
当(,0)x ∈-∞时,有(0,)x -∈+∞,所以
()()0,()()0f x f x f x f x ''''''=->=--<,
故应选(C).
三、(本题共5小题,每小题5分,满分25分.)
(1)【解析】{
}222sin[()]cos[()]()2y f x f x f x x '
''==??,
{}22cos[()]()2y f x f x x ''''=??
{}2222cos[()]()2cos[()]()2f x f x x f x f x x ''''??=??+????
22cos[()]()(2)f x f x x ''+??
2222222sin[()][()](2)cos[()]()(2)f x f x x f x f x x '''=-??+??
22cos[()]()2f x f x '+??. 【相关知识点】复合函数求导法则：
如果()u g x =在点x 可导,而()y f x =在点()u g x =可导,则复合函数[]()y f g x =在点x 可导,且其导数为
()()dy f u g x dx ''=? 或 dy dy du dx du dx
=?. (2)【解析】应先化简再求函数的极限
,
lim )lim
x x x x →-∞
=
100lim
lim
1
1x x x →-∞
==.
因为0x <,所以
100100
lim
lim
501
11
1x x x
→-∞
==
=---. (3)【解析】先进行恒等变形,再利用基本积分公式和分部积分法求解.
244
40
00
sec 1tan 1cos 222x x x dx dx xd x x π
π
π
==+?
??
[]4440001111sin tan tan (0)22242cos x x x xdx dx x ππππ=-=--?? []440
0111cos ln(cos )82cos 82
d x x x ππ
π
π-=-=+?
111[ln(cos )ln(cos0)]ln ln 282482284
π
πππ=
+-=+=-. (4)【解析】用极限法求广义积分.
23
330
00(1)1[(1)(1)](1)(1)(1)
x x dx dx x x d x x x +∞
+∞+∞--+-==+-++++?
?? 12200
121(1)(1)lim 22(1)b
b x x x x +∞
--→+∞??+??=-+++=-????+???? 221111
lim
02(1)222
b b b →+∞+=-+=+=+.
(5)【解析】所给方程是一阶线性非齐次微分方程,其标准形式是
222
2cos , 1011
x x
y y x x x '+
=-≠--, 通解为 22112cos []1
x
x
dx
dx
x x x y e
e dx C x -
--??=+-? 22
22(1)
(1)11
2cos 1d x d x x x x e e
dx C x ---
--????=+??-????
? 2
21sin cos 11
x C xdx C x x +??=+=??--?. 代入初始条件 01x y ==,得 2sin 0101C +=-,所以 1C =-.所求特解为 2
sin 1
1
x y x -=-. 【相关知识点】一阶线性非齐次微分方程()()y p x y q x '+=的通解公式为:
()()(())p x dx p x dx
y e q x e dx C -??=+?,其中C 为常数.
四、(本题满分9分)
【解析】要确定常数,,αβγ,只需将特解代入原微分方程后,用比较系数法即得.
对于特解2(1)x x y e x e =++,有
222(1)2(2)x x x x x y e e x e e x e '=+++=++,
2222(2)4(2)4(3)x x x x x x x
y e x e e e x e e x e '
''??=++=+++=++??
, 代入方程x
y y y e αβγ'''++=,得恒等式 2224(3)2(2)(1)x
x x x x x x e x e e x e e x e e αβγ??????++++++++=??????
, 化简得
2(42)(32)(1)x x x x e e xe e αβαβαβγ++++++++≡,
比较同类项系数,得
4203210αβαβγαβ++=??
++=??++=?
, 解之得3,2,1αβγ=-==-.
于是原方程为32x
y y y e '''-+=-,所对应的齐次微分方程320y y y '''-+=的特征方 程为2
320r r -+=,解之得 121
,2r r ==. 所以微分方程32x
y y y e '''-+=-的通解为
2*222121212(1)x x x x x x x x x y c e c e y c e c e e x e c e c e xe =++=++++=++.
五、(本题满分9分)
【解析】利用定积分求旋转体的体积,用微元法.
222x y x +≤等价于22(1)1x y -+≤.
解法一：考虑对y 的积分,则边界线为
11x =-与2(01)x y y =≤≤,
如右图所示.当y y dy →+时, 2212(2)(2)dV x dy x dy ππ=---
22(21(2)y dy π??=---??
22(1)y dy π?=-?
. 所以
1
20
2(1)V y dy π?=-?
?.
对于
?
,令sin y t =,则cos dy tdt =,所以
22220
000111cos (1cos 2)sin 22224
tdt t dt t t π
π
π
π
??==
+=+=?????
??； 对于 1
31
1
22
000
(1)1(1)(1)(1)33y y dy y d y ??--=---=-=??????, 所以
1
20112(1)24
3V y dy π
ππ???=-=- ?????.
解法二：取x 为积分变量,则边界线为
1y =2(01)y x x =≤≤,
如右图所示.
当x x dx →+时
,
122(2)()2(2),
dV x y y dx x x dx ππ=--=-
所以1
2(2)V x x dx π
=-?
.
令1x t -=,则1,x t dx dt =+=,所以
1
(2)x x dx -?
1(1)(1)t t dt -?=
-+?
?0211t dt -?=-?
?. 再令sin t θ=,则cos dt d θθ=,
所以
00
22
12
1(cos sin cos sin 1)cos t dt d πθθθθθθ--?-=-+-???
2
2
2
2
2
2
2
cos
sin cos sin cos cos d d d d ππππθθθθθθθθθθ----=
-+-????
000022
2222
1(1cos 2)cos cos sin sin cos 2d d d d ππππθθθθθθθθ----=+++-????
[]00
33022
2
2
11cos sin sin 2sin 2233ππππθθθθθ----
??????
=+++-???????????? 111143343
π
π=
++-=-. 所以
1
112(2)2()43
V x x dx π
ππ=-=-?.
六、(本题满分9分)
【解析】这是一个将立体几何问题转化为函数求最值的问题. 设圆锥底半径为R ,如图,,,BC R AC h OD r ===.
由
,BC OD
AD AC AD
==有
R R h =?=
于是圆锥体积
22
211(2)332h V R h r r h h r
ππ==<<+∞-.
对上式两端对h 求导,并令0V '=,得
22222
12(2)1(4)
03(2)3(2)h h h r h h h r V r r h r h r ππ---'===--,
得唯一驻点4h r =,且
24,0
4,0r h r V r h V '<<
'<<+∞>?
, 所以4h r =为极小值点也是最小值点,最小体积3
8(4)3
V r r π=.
A
D
O
C
B
七、(本题满分9分)
【解析】首先应简化不等式,从中发现规律.
当0x >,常数a e >时,原不等式两边取自然对数可化为
ln()()ln a a x a x a +<+ 或
ln()ln a x a
a x a
+<+.
证法一：令()()ln ln()f x a x a a a x =+-+,则()ln a
f x a a x
'=-+.
由,0,a e x >>知ln 1,
1,a
a a x
><+故 ()0(0)f x x '>>. 从而()f x 为严格单调递增函数,且
()()ln ln()(0)ln ln 0,(0)f x a x a a a x f a a a a x =+-+>=-=>
即 ()ln ln()0a x a a a x +-+>, 所以 ()a a x a x a ++<.
证法二：令ln ()x f x x =
,则21ln ()x
f x x
-'=. 当x a e >>时,有2
1ln ()0x
f x x -'=
<, 所以函数在x a e >>为严格单调递减函数,即()()f x a f a +<, 所以有
ln()ln a x a
a x a
+<+,
即 ()a
a x
a x a
++<.
八、(本题满分9分)
【解析】证法一：用微分中值定理.
对任意给定的[0,]x a ∈,由拉格朗日中值定理,得
()(0)(),(0)f x f f x x ξξ'=+<<
由(0)0f =,知()()f x f x ξ'=.因为0max |()|x a
M f x ≤≤'=,所以
|()||()|f x f x Mx ξ'=≤,
将两边从0a →做x 的定积分,有
2
|()|2
a
a
Ma f x dx M xdx ≤=?
?
.
由定积分的基本性质可知 2
0|
()||()|2
a
a
Ma f x dx f x dx ≤≤?
?.
证法二：用牛顿-莱布尼茨公式.
对任意给定的[0,]x a ∈,以及(0)0f =,可知
()()(0)()x
f t dt f x f f x '=-=?
,
从而 0
|()||()|x
f x f t dt Mx '≤
≤?
,
以下同证法一.
证法三：分部积分法.
00
()()()[()()]()()a
a
a
a
f x dx f x d x a f x x a a x f x dx '=-=-+-?
??
[()()(0)(0)]()()()()a a
f a a a f a a x f x dx a x f x dx ''=---+-=-??.
所以
()()()()()()a
a
a a
f x dx a x f x dx a x f x dx M a x dx ''=
-≤-≤-?
?
??
2201122a
M ax x Ma ?
?=-=???
?.