2003年考研数学三真题及全面解析

F?(x)?2F(x)?4e2x.

?2dx2dx2x(2) F(x)?e?[4e?e?dx?C]

? =e =e?2x[?4e4xdx?C]

2x?Ce?2x.

将F(0)=f(0)g(0)=0代入上式，得 C=-1. 于是

F(x)?e2x?e?2x.

八、（本题满分8分）

设函数f(x)在[0，3]上连续，在（0，3）内可导，且f(0)+f(1)+f(2)=3, f(3)=1.试证必存在

??(0,3)，使f?(?)?0.

【分析】 根据罗尔定理，只需再证明存在一点c?[0,3)，使得f(c)?1?f(3)，然后在[c,3]上应用罗尔定理即可. 条件f(0)+f(1)+f(2)=3等价于

f(0)?f(1)?f(2)?1，问题转

3化为1介于f(x)的最值之间，最终用介值定理可以达到目的.

【详解】 因为f(x)在[0，3]上连续，所以f(x)在[0，2]上连续，且在[0，2]上必有最大值M和最小值m，于是

m?f(0)?M， m?f(1)?M， m?f(2)?M. 故

m?f(0)?f(1)?f(2)?M.

3由介值定理知，至少存在一点c?[0,2]，使

f(c)?f(0)?f(1)?f(2)?1.

3 因为f(c)=1=f(3), 且f(x)在[c,3]上连续，在(c,3)内可导，所以由罗尔定理知，必存在

??(c,3)?(0,3)，使f?(?)?0.

九、（本题满分13分） 已知齐次线性方程组

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?(a1?b)x1?a2x2?a3x3???anxn?ax?(a?b)x?ax???ax112233nn?? ?a1x1?a2x2?(a3?b)x3???anxn??????????????a1x1?a2x2?a3x3???(an?b)xn其中

?0,?0,?0, ?0,?ai?1ni?0. 试讨论a1,a2,?,an和b满足何种关系时，

(1) 方程组仅有零解；

(2) 方程组有非零解. 在有非零解时，求此方程组的一个基础解系.

【分析】方程的个数与未知量的个数相同，问题转化为系数矩阵行列式是否为零，而系数行列式的计算具有明显的特征：所有列对应元素相加后相等. 可先将所有列对应元素相加，然后提出公因式，再将第一行的（-1）倍加到其余各行，即可计算出行列式的值.

【详解】 方程组的系数行列式

a1?b A?a2a3?ananan?

a1a1?a1a2?ba3?a2a3?b??a2n?a3??an?b =bn?1(b??ai).

i?1(1) 当b?0时且b??ai?1ni?0时，秩(A)=n，方程组仅有零解.

(2) 当b=0 时，原方程组的同解方程组为 a1x1?a2x2???anxn?0. 由

?ai?1ni?0可知，ai(i?1,2,?,n)不全为零. 不妨设a1?0，得原方程组的一个基础

解系为

?1?(?aaa2,1,0,?,0)T，?2?(?3,0,1,?,0)T，?,?n?(?n,0,0,?,1)T. a1a1a1当b???ai?1ni时，有b?0，原方程组的系数矩阵可化为

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n??a1??aii?1??a1???a1????a1??a2a2??aii?1na3a3a3??aii?1na2?a2?a3?????an?? ??an???n??an??ai?i?1??an1倍）

i（将第1行的-1倍加到其余各行，再从第2行到第n行同乘以??ai?1nn??a1??aii?1???1? ??1?????1?a210?0?a3?an??0?0?

1?0?????0?1?? （ 将第n行?an倍到第2行的?a2倍加到第1行，再将第1行移到最后一行）

?

??1??1??????1??010?0?01?0??????.

?00?1?00?0??由此得原方程组的同解方程组为

x2?x1，x3?x1，?,xn?x1 . 原方程组的一个基础解系为

??(1,1,?,1)T.

十、（本题满分13分）

设二次型

22f(x1,x2,x3)?XTAX?ax12?2x2?2x3?2bx1x3(b?0)，

中二次型的矩阵A的特征值之和为1，特征值之积为-12. (1) 求a,b的值；

(2) 利用正交变换将二次型f化为标准形，并写出所用的正交变换和对应的正交矩阵. 【分析】 特征值之和为A的主对角线上元素之和，特征值之积为A的行列式，由此可求出a,b 的值；进一步求出A的特征值和特征向量，并将相同特征值的特征向量正交化（若

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有必要），然后将特征向量单位化并以此为列所构造的矩阵即为所求的正交矩阵.

【详解】 （1）二次型f的矩阵为

?a0b??? A?020. ????b0?2??设A的特征值为?i(i?1,2,3). 由题设，有

?1??2??3?a?2?(?2)?1，

a0b?1?2?3?020??4a?2b2??12. b0?2解得 a=1,b= -2.

(2) 由矩阵A的特征多项式

??1 ?E?A?0?20?(??2)2(??3)， ??20?2??20得A的特征值?1??2?2,?3??3.

对于?1??2?2,解齐次线性方程组(2E?A)x?0，得其基础解系

?1?(2,0,1)T，?2?(0,1,0)T.

对于?3??3，解齐次线性方程组(?3E?A)x?0，得基础解系

?3?(1,0,?2)T.

由于?1,?2,?3已是正交向量组，为了得到规范正交向量组，只需将?1,?2,?3单位化，由此得

?1?(令矩阵

25,0,15)T，?2?(0,1,0)T，?3?(15,0,?25)T.

Q???1?2????3??????250151?5??10?，

2?0?5??0则Q为正交矩阵. 在正交变换X=QY下，有

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