第2届全国大学生数学竞赛预赛试卷参考答案（数学类）

第二届中国大学生数学竞赛预赛试卷参考答案一、(10分)设ε∈(0,1),x0=a,xn+1=a+εsinxn(n=0,1,2,...).证明:∞xn存在,且ξ为方程x−εsinx=a的唯一根.所以|xn+2−xn+1|=|ε(sinxn+1−sinxn)|≤ε|xn+1−xn|,n=0,1,2,....从而可得于是级数绝对收敛,从而ξ=n∞xn存在.对于递推式xn+1=a+εsinxn两边取极限即得ξ为x−εsinx=a的根.进一步,设η也是x−εsinx=a,即η−εsinη=a的根,则所以由ε∈(0,1)可得η=ξ.即x−εsinx=a的根唯一.证毕2复方阵.二、(15分)设B=.证明X2=B无解,这里X为三阶未知复方阵.证明:反证法.设方程有解,即存在复矩阵A使得A2=B.我们注意到B的特征值为0,且其代数重数为3.设λ为A的一个特征值,则λ2为B的特征值.所以λ=0.从而A的特征值于是A的Jordan标准型只可能为,J2=或从而A2的Jordan标准型只能为J1=J或J2=J.因此A2的秩不大于1,与B=A2的秩为2矛盾.所以X2=B无解.证毕.2三、(10分)设D⊂R2是凸区域,函数f(x,y)是凸函数.证明或否定:f(x,y)在D上连续.f(αx1+(1−α)x2,αy1+(1−α)y2)≤αf(x1,y1)+(1−α)f(x2,y2).证明:结论成立.我们分两步证明结论.(i)对于δ>0以及[x0−δ,x0+δ]上的一元凸函数g(x),容易验证∀x∈(x0−δ,x0+δ):yx从而由此即得g(x)在x0连续.一般地,可得开区间上的一元凸函数连续.(ii)设(x0,y0)Eδ注意到固定x或y时,f(x,y)作为一元函数都是凸函数,由(i)的结论,f(x,y0),f(x,y0+δ),f(x,y0−δ)都是x∈[x0−δ,x0+δ]上的连续函数,从而它们有界,即存在常数Mδ>0使得≤Mδ,0−δ,x0+δ].f(x,y)−f(x0,y0)|≤Mδ0|x−x0于是f(x,y)在(x0,y0)连续.证毕.2四、(10分)设f(x)在[0,1]上Riemann可积,在x=1可导,f(1)=0,fI(1)=a.证明:证明:记M=sup|f(x)|<+∞.令r(x)=f(x)−f(1)−fI(1)(x−1)=当δ<x≤1时,|r(x)|≤ε(1−x).我们有xnf(x)dx=xnf(x)dx+axn(x−1)dx+xnr(x)dx=R1+R2+R3.注意到我们有所以由上式及ε>0的任意性即得证毕.2五、(15分)已知二次曲面Σ(非退化)过以下九点:A(1,0,0),B(1,1,2),C(1,¡1,¡2),D(3,0,0),E(3,1,2),F(3,¡2,¡4),G(0,1,4),H(3,¡1,¡2),I(5,2√2,8).问Σ是哪一类曲面?解答:易见,A、B、C共线,D、E、F共线.而只有两种二次曲面上可能存在共线的三点:单叶双曲面和双曲抛物面.然后,可以看到直线ABC和直线DEF是平行的,且不是同一条直线.这就又排除了双曲抛物面的可能(双曲抛物面的同族直母线都异面,不同族直母线都相交),所以只可能是单叶双曲面.注:这个曲面其实是(不要求学生写出方程式)六、(20分)设A为n×n实矩阵(未必对称),对任一n维实向量Q≡n),QAQT≥0(这里QT表示Q的转置),且存在n维实向量β,使证明:对任意n维实向量U,都有UAβT=0.证明:取任意实数r,由题设知(U+rβ)A(U+rβ)T≥0.即T+rUAβT+rβAUT+r2βAβT≥0.亦即T+r(UAβT+βAUT)+r2βAβT≥0.若UAβT0,则有UAβT+βAUT0.因此可取适当的实数r使得T+r(UAβT+βAUT)+r2βAβT<0.盾.证毕.2七、(10分)设f在区间[0)1]上Riemann可积,0≤f≤1.求证:对任证明:取定n>.定义Am=对于0≤α<β≤1,设非负整数k≤l满足则证毕.2八、(10分)已知ϕ:(0,+∞)→(0,+∞)是一个严格单调下降的连续函数,满足若ϕ(t)dt=ϕ¡1(t)dt