Dec 272018
 

北京时间 2018 年 12 月 23 日下午初试的高等代数与解析几何

\(\Bbb R\) 表示实数域; \(\Bbb C\) 表示复数域; \( A^T\) 表示 \(A\) 的转置; \(E_{ij}\) 表示第 \(i\) 行第 \(j\) 列元素为 \(1\) 其余为 \(0\) 的矩阵.

1. \(\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_r\) 是 \(\Bbb R^n\) 上线性无关的列向量组,\(\beta_1,\beta_2,\cdots,\beta_t\) 是 \(\Bbb R^m\) 上线性无关的列向量组. 若有实数 \(c_{ij}\) 使得

\[\sum_{i=1}^r\sum_{j=1}^tc_{ij}\alpha_i\beta_j^{T}=\textbf{0}.\]

证明系数 \(c_{ij}\) 全为 \(0\).

2.实数域上的 \(3\) 阶方阵 \(A\) 满足 \(AA^T=A^TA\), 且 \(A\neq A^T\).
(1) 证明存在正交矩阵 \(P\) 使得
\[P^TAP=
\begin{pmatrix}
a & 0 & 0 \\
0 & b & c \\
0 & -c & b \\
\end{pmatrix},\]

其中 \(a\), \(b\), \(c\) 都是实数.

(2) 若 \(A=\sum\limits_{i=1}^3\sum\limits_{j=1}^3a_{ij}E_{ij}\), \(AA^T=A^TA=I_3\), 且 \(|A|=1\).证明 \(1\) 是 \(A\) 的一个特征值, 且求属于特征值\(1\) 的特征向量.

3. \(A\) 是复数域上的一个 \(n\) 阶方阵, \(A\) 的特征值为\(\lambda_1,\cdots,\lambda_n\). 定义 \(M_n(\Bbb C)\) 上的变换 \(T\) 为

\[\begin{split}T\colon M_n(\Bbb C)&\longrightarrow M_n(\Bbb C)\\
B&\longmapsto AB-BA , \forall B\in M_n(\Bbb C)\end{split}\]

(1) 求变换 \(T\) 的特征值;
(2) 若 \(A\) 可对角化, 证明 \(T\) 也可对角化.

4. \(A\) 为 \(n\) 级实对称矩阵,令

\[S=\{X|X^TAX=0, X\in \Bbb R^n.\}\]

(1)求 \(S\) 为 \(\Bbb R^n\) 中的一个子空间的充要条件并证明;
(2)若 \(S\) 为 \(\Bbb R^n\) 中的一个子空间, 求 \(\dim S\).

5. 给定任意实数 \(\varepsilon\gt0\), 证明对任意的 \(n\) 阶实矩阵 \(A\), 存在一个 \(n\) 阶对角矩阵 \(D\), 每个对角元为 \(\varepsilon\) 或 \(-\varepsilon\) 中的一个,使得
\[|A+D|\ne 0.\]

6. 给了空间中两条异面直线的方程(不记得了),求两条直线的距离和公垂线方程.

7. 在空间中有三条直线两两异面,且不平行于同一个平面, 证明空间中与这三条直线都共面的直线集是一个单叶双曲面.

8. 证明平面与双曲抛物面的交线不可能是一个椭圆.

Dec 252018
 

北京时间 2018 年 12 月 23 日上午数学基础考试1

1. 讨论数列 \(a_n=\sqrt[n]{1+ \sqrt[n]{2+ \sqrt[n]{3+\dotsm+ \sqrt[n]n } } }\) (\(n\) 个根号) 的敛散性.

2. 设 \(f(x)\in C[a,b]\) 且 \(f(a)=f(b)\), 证明: \(\exists x_n\), \(y_n\in[a,b]\)s.t. \(\lim\limits_{n\to\infty}\big(x_n-y_n\big)=0\) 且 \(f(x_n)=f(y_n)\), \(\forall n\in \Bbb N\).

3. 证明 \(\sum\limits_{k=0}^n(-1)^kC_n^k\frac1{k+m+1}=
\sum\limits_{k=0}^n(-1)^kC_m^k\frac1{k+n+1} \), 其中 \(m\), \(n\) 是正整数.

4. 无穷乘积 \(\prod\limits_{n=1}^\infty(1+a_n)\) 收敛, 是否级数 \(\sum\limits_{n=1}^\infty a_n\) 收敛? 若是, 给出证明; 若不是, 举出例子.

5. 设 \(f(x)=\sum\limits_{n=1}^\infty x^n\ln x \), 计算 \(\int_0^1 f(x) \mathrm dx\).

6. 设函数 \(f(x)\) 在 \((0, +\infty)\) 二阶可导, 且 \(\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)\) 存在,  \(f^{\prime\prime}(x)\) 有界. 证明: \(\lim\limits_{x\to+\infty}f^{\prime}(x)=0\).

7. 设数列 \(\{x_n\}\) 有界,  \(\lim\limits_{n\rightarrow\infty}(x_{n+1}-x_n)=0\), 且 \(\varliminf\limits_{n\rightarrow\infty}x_n=l\), \(\varlimsup\limits_{n\rightarrow\infty}x_n=L\)(\(l\lt L\)). 证明: \([l, L]\) 中的每一个点都是数列 \(\{x_n\}\) 的某一子列的极限.

8. 对 \(p\gt0\) 讨论级数  \(\sum\limits_{n=1}^\infty \dfrac{\sin\frac{n\pi}4}{n^p+\sin\frac{n\pi}4}\) 的绝对收敛性和收敛性.

9. 求函数 \(f(x)=\dfrac{2x\sin\theta}{1-2x\cos\theta+x^2}\) 在 \(x=0\) 点的 Taylor 展式, 其中 \(\theta\in\Bbb R\) 是常数, 并计算积分 \(\int_0^\pi\ln(1-2x\cos\theta+x^2) \mathrm d\theta\).

10. 证明 \(\int_0^{+\infty} \dfrac{\sin x}{x} \mathrm dx=\dfrac\pi2\), 并计算 \(\int_0^{+\infty} \dfrac{\sin^2 yx}{x^2} \mathrm dx \).

Feb 122018
 

北京时间 2017 年 12 月 24 日上午的数学分析

下面的试题, 除了第 3 与第 5 题与实际考卷稍有出入, 其余的题与考场上卷子的用词句子甚至排版都是完全一模一样的!

1. 证明如下极限:

(1)  \(\lim\limits_{n\to\infty}\Big(1+\int_0^1\dfrac{\sin^n x}{x^n}\;dx\Big)^n=+\infty\);
(2)  \(\lim\limits_{n\to\infty}\Big(\int_0^1\dfrac{\sin x^n}{x^n}\;dx\Big)^n=\prod\limits_{k=1}^{+\infty}e^{\frac{(-1)^k}{2k(2k+1)!}}\);
(3) \(\lim\limits_{n\to\infty}\dfrac1n\sum\limits_{k=1}^n\ln\Big(1+\dfrac{k^2-k}{n^2}\Big)=\ln 2-2+\dfrac\pi2\).

2. \(f\in C(0,1)\), \(\dfrac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}=\alpha\lt\beta=\dfrac{f(x_4)-f(x_3)}{x_4-x_3}\), 这里 \(x_1\), \(x_2\), \(x_3\), \(x_4\in(0, 1)\). 证明: 对任意 \(\lambda\in(\alpha, \beta)\), 存在 \(x_5\), \(x_6\in(0, 1)\), 使得 \(\lambda=\dfrac{f(x_6)-f(x_5)}{x_6-x_5}\).

3. 设 \(\gamma\) 是联结 \(\Bbb R^3\) 中两点 \(A\), \(B\) 的长度为 \(L\) 的光滑曲线, \(U\) 是包含 \(\gamma\) 的 \(\Bbb R^3\) 中的开集, \(f\) 在 \(U\) 中的两个偏导数存在且在 \(\gamma\) 上连续. 梯度 \(\nabla f\) 的长度在 \(\gamma\) 上的界为 \(M\). 证明:

\[|f(A)-f(B)|\leqslant ML.\]

4. \(f\) 在 \((0, 0)\) 点局部三阶连续可微, \(D_R\) 表示圆盘: \(x^2+y^2\leqslant R^2\). 计算:

\[\lim_{R\to0^+}\dfrac1{R^4}\iint_{D_R}\Big(f(x, y)-f(0, 0)\Big) dxdy.\]

5. \(\varphi(x)\) 在 \(0\) 处可导, \(\varphi(0)=0\), \(f(x,y)\) 在 \((0,0)\) 点局部 \(2\) 阶连续可微, \(f\) 的两个偏导数在 \((x,\varphi(x) )\) 上恒为 \(0\). \(\big(\partial_{ij}f(0, 0)\big)_{2\times2}\) 为半正定非 \(0\) 阵. 证明 \(f\) 在 \((0, 0)\) 为取极小值.

6. 证明: \(e^{-x}+\cos2x+x\sin x=0\)
在区间 \(\big((2n-1)\pi, (2n+1)\pi\big)\) 恰有两个根 \(x_{2n-1}\lt x_{2n}\),
\(\forall n=1\), \(2\), \(3\), \(\dotsc\).
证明如下极限存在并求之: \(\lim\limits_{n\to\infty}(-1)^{n-1}n(x_n-n\pi)\).

7. 证明: \(\lim\limits_{x\to0}\sum\limits_{n=1}^\infty\dfrac{\cos nx}n=+\infty\).

8. \(\forall x\in[1,+\infty)\), \(f(x)\gt0\), \(f^{\prime\prime}(x)\leqslant0\), 且 \(\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=+\infty\). 证明如下极限存在并求之:

\[\lim_{s\to0+}\sum_{n=1}^\infty\frac{(-1)^{n-1}}{f^s(n)}.\]

Dec 252016
 

北京时间 25 日上午举行的硕士研究生初试的数学分析

1.(10分) 证明: \(\lim\limits_{n \to +\infty }\int_{0}^{\frac{\pi }{2}}\frac{\sin ^nx}{\sqrt{\pi -2x}}dx=0.\)

2.(10分) 证明: \(\sum\limits_{n=1}^{\infty }\frac{1}{1+nx^2}\sin \frac{x}{n^\alpha }\) 在任何有限区间上一致收敛的充要条件是 \(\alpha \gt \frac12\).

3.(10分) 设\(\sum\limits_{n=1}^\infty a_n\) 收敛. 证明 \(\lim\limits_{s\rightarrow 0+}\sum\limits_{n=1}^{\infty }a_nn^{-s}=\sum\limits_{n=1}^\infty a_n\).

4.(10分) 称 \(\gamma (t)=(x(t),y(t))\)(\(t\in \) 属于某个区间\(I\)) 是 \(\Bbb R^2\)上\(C^1\) 向量场 \((P(x,y),Q(x,y))\) 的积分曲线, 若 \({x}'(t)=P(\gamma (t))\), \({y}'(t)=Q(\gamma (t)),\forall t\in I\), 设 \(P_x+Q_y\) 在 \(\Bbb R^2\) 上处处非零, 证明向量场 \((P,Q)\) 的积分曲线不可能封闭(单点情形除外).

5.(20分) 设 \(x_0=1,x_n=x_{n-1}+\cos x_{n-1}, n=1,2,\dotsc \). 证明: 当 \(x\rightarrow \infty \) 时, \(x_n-\frac{\pi }{2}=o(\frac{1}{n^n})\).

6.(20分) 设 \(f\in C[0,1],\lim\limits_{x\rightarrow 0+}\frac{f(x)-f(0)}{x}=\alpha \lt \beta =\lim\limits_{x\rightarrow 1-}\frac{f(x)-f(1)}{x-1}\). 证明: \(\forall \lambda \in (\alpha ,\beta),\exists x_1,x_2\in [0,1]\), 使得 \( \lambda =\dfrac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}\).

7. (20分) 设 \(f\) 是 \((0,+\infty)\) 上的凸(或凹)函数且 \(\displaystyle \lim_{x\to+\infty}f(x)\) 存在有限, 则 \(\displaystyle \lim_{x\to+\infty}xf'(x)=0\) (仅在 \(f\) 可导的点考虑极限过程).

8. (20分)设 \(\phi\in C^3(\mathbb{R}^3)\), \(\phi\) 及其各个偏导数 \(\partial_i\phi(i=1,2,3)\) 在点 \(x_0\in \mathbb{R}^3\) 处取值都是 \(0\). \(x_0\) 点的 \(\delta\) 邻域记为 \(U_\delta(\delta>0)\). 如果 \(\left(\partial_{ij}^2\phi(X_0)\right)_{3\times 3}\) 是严格正定的, 则当 \(\delta\) 充分小时, 证明如下极限存在并求之:

\[\mathop {\lim }\limits_{t \to  + \infty } t^{\frac32}\iiint_{{U _\delta }} {{e^{ – t\phi\left( {x_1,x_2,x_3} \right)}}\,dx_1dx_2dx_3} .\]

9. (30分) 将\((0,\pi)\)上常值函数 \(f(x)=1\) 进行周期 \(2\pi\) 奇延拓并展为正弦级数:

\[f(x)\sim \frac4\pi\sum_{n=1}^\infty \frac1{2n-1}\sin (2n-1)x.\]

该 Fourier 级数的前\(n\)项和记为\(S_n(x)\), 则 \(\displaystyle \forall x\in (0,\pi), S_n(x)=\frac2\pi\int_0^x\frac{\sin 2nt}{\sin t}dt\), 且 \(\displaystyle \lim_{n\to\infty}S_n(x)=1\). 证明 \(S_n(x)\) 的最大值点是 \(\displaystyle \frac\pi{2n}\) 且 \(\displaystyle\lim_{n\to\infty}S_n\left(\frac\pi{2n}\right)=\frac 2\pi \int_0^\pi\frac{\sin t}t dt\).

Peking university 2017 mathematics postgraduate entrance examination–Mathematics Basic examination 1

Dec 282015
 

北京时间 27 日下午举行的硕士研究生初试的高等代数与解析几何

1. 在 \(\Bbb R^3\)上定义线性变换 \(A\), \(A\) 在自然基

\[\varepsilon_1=\left(\begin{array}{c}
1\\
0\\
0\end{array}\right),\varepsilon_2=\left(\begin{array}{c}
0\\
1\\
0\end{array}\right),\varepsilon_3=\left(\begin{array}{c}
0\\
0\\
1\end{array}\right)\]

下的矩阵为

\[\left(\begin{array}{ccc}
0&1&-1\\
0&0&1\\
0&0&0\end{array}\right)\]

求 \(\Bbb R^3\) 的一组基,使得 \(A\) 在这组基下具有 Jordan 标准型.

2. \(3\) 阶实矩阵 \(A\) 的特征多项式为 \(x^3-3x^2+4x-2\). 证明 \(A\) 不是对称阵, 也不是正交阵

3. 在所有 \(2\) 阶实方阵上, 定义二次型 \(f\colon X \rightarrow Tr(X^2)\). 求 \(f\) 的秩和符号差.

4. 设 \(V\) 是有限维线性空间, \(A\), \(B\)是 \(V\) 上线性变换满足下面条件
(1) \(AB=O\), 这里 \(O\) 是 \(0\) 变换;
(2) \(A\) 的任意不变子空间也是 \(B\) 的不变子空间;
(3) \(A^5+A^4+A^3+A^2+A=O\).
证明 \(BA=O\).

5. 设 \(V\) 是全体次数不超过 \(n\) 的实系数多项式组成的线性空间, 定义线性变换 \(A\colon f(x)\rightarrow f(1-x)\). 求 \(A\) 的特征值和对应的特征子空间.

6. 计算如下的行列式,各行底数为等差数列,各列底数也为如此,所有指数都是 \(50\):

\[\left|\begin{array}{ccccc}
1^{50}&2^{50}&3^{50}&\cdots &100^{50}\\
2^{50}&3^{50}&4^{50}&\cdots &101^{50}\\
\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\vdots\\
100^{50}&101^{50}&102^{50}&\cdots& 199^{50}\\\end{array}\right|\]

7.设 \(V\) 是复数域上有限维线性空间 \(A\) 是 \(V\) 上线性变换, \(A\) 在一组基下矩阵为 \(F\).
(1) 若 \(A\) 可对角化对任意 \(A\) 的不变子空间 \(U\), 存在 \(U\) 的一个补空间 \(W\) 是 \(A\) 的不变子空间;
(2) 若对任意 \(A\) 的不变子空间 \(U\),存在 \(U\) 的一个补空间 \(W\) 是 \(A\) 的不变子空间,证明 \(F\) 可对角化.

8. 平面上一个可逆仿射变换将一个圆映为椭圆(或圆).详细论证这一点

9. 平面 \(Ax+By+Cz+D=0\) 与双曲抛物面 \(2z=x^2-y^2\) 交于两条直线
证明 \(A^2-B^2-2CD=0\).

10. 正十二面体有12个面, 每个面为正五边形, 每个顶点连接3条棱. 有一个半径为 \(r\) 的球与它的各个面都相切, 有一个半径为 \(R\) 的中心在原点的球通过它的所有顶点. 求 \(\dfrac rR\).

Dec 272015
 

北京时间 27 日上午举行的硕士研究生初试的数学分析

1. 用开覆盖定理证明闭区间上的连续函数必一致连续.

2.  \(f(x)\) 是 \([a,b]\) 上的实函数. 叙述关于 Riemann 和

\[\sum_{k=1}^n f(t_i)(x_i-x_{i-1})\]

的Cauchy准则(不用证明), 并用你叙述的Cauchy准则证明闭区间上的单调函数可积.

3. \((a,b)\) 上的连续函数 \(f(x)\) 有反函数.证明反函数连续

4. \(f(x_1,x_2,x_3)\)是 \(C^2\)映射,

\[\frac{\partial f}{\partial x_1}(x_1^0,x_2^0,x_3^0)\not =0\]

证明关于 \(f\) 的隐函数定理 \(x_1=x_1(x_2,x_3)\). 证明 \(x_1=x_1(x_2,x_3)\) 二次可微并求出 \(\frac{\partial^2 x_1}{\partial x_2\partial x_3}\) 的表达式.

5. \(n\ge m\), \(f\colon U\subseteq R^n\rightarrow R^m\) 是 \(C^1\) 映射, \(U\) 为开集且 \(f\) 的 Jacobi 矩阵秩处处为 \(m\). 证明 \(f\) 将 \(U\) 中的开集映为开集.

6. \(x_1=\sqrt{2}\), \(x_{n+1}=\sqrt{2+x_n}\), \(n=1\), \(2\), \(\dotsc\). 证明 \(\{x_n\}\) 收敛并求极限值.

7. 证明 \(\int_0^{+\infty}\frac{\sin x}x \mathrm dx\) 收敛, 并求值(写出计算过程)

8. (A)证明若 \([a,b]\)上的多项式序列 \(p_n(x)\)使得 \(\int_a^b p_n^2(x)dx=1\), \(\int_a^b p_m(x)p_n(x)dx=0\), \(m\ne n\), 并使得对于 \([a,b]\) 上的连续函数 \(f(x)\) 若 \(\int_a^b f(x)p_n(x)dx=0,\forall n\) 必有\(f\equiv 0\). (B)设 \(g(x)\) 在 \([a,b]\) 平方可积, \(g\) 关于 A 中 \(p_n\) 的展式系数为 \(g(x)\sim\int_a^b g(x)p_n(x)dx\)问 \(\int_a^b g^2(x)dx=\sum\limits_{n=1}^{+\infty}\left[\int_a^b g(x)p_n(x)dx\right]^2\)是否成立?

9. 正项级数 \(\sum\limits_{n=1}^{+\infty} a_n\) 收敛, \(\lim\limits_{n\to +\infty}b_n=0\). \(c_n=a_1b_n+a_2b_{n-1}+\dots +a_nb_1\). 证明 \(\{c_n\}\) 收敛并求 \(\lim\limits_{n\to +\infty}c_n\).

10. 幂级数 \(\sum\limits_{n=1}^{+\infty} a_nx^n\) 收敛半径为 \(R\), \(0\lt R\lt+\infty\). 证明 \(\sum\limits_{n=1}^{+\infty} a_nR^n\) 收敛的充要条件为 \(\sum\limits_{n=1}^{+\infty} a_nx^n\) 在 \([0,R)\)一致收敛.