【考研类试卷】考研数学一(常微分方程)-试卷3及答案解析.doc

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1、考研数学一(常微分方程)-试卷 3 及答案解析(总分:60.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:6,分数:12.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求。(分数:2.00)_2.微分方程 满足 y(1)=0 的特解是 ( ) (分数:2.00)A.B.C.D.3.设线性无关的函数 y 1 (x),y 2 (x),y 3 (x)均是方程 y“+p(x)y“+q(x)y=f(x)的解,C 1 ,C 2 是任意常数,则该方程的通解是 ( )(分数:2.00)A.C 1 y 1 +C 2 y 2 +y 3B.C 1 y 1 +C 2 y 2 -(C 1 +C 2

2、)y 3C.C 1 y 1 +C 2 y 2 -(1-C 1 -C 2 )y 3D.C 1 y 1 +C 2 y 2 +(1-C 1 -C 2 )y 34.设二阶线性常系数齐次微分方程 y“+by“+y=0 的每一个解 y(x)都在区间(0,+)上有界,则实数 b 的取值范围是 ( )(分数:2.00)A.0,+)B.(-,0C.(-,4D.(-,+)5.具有特解 y 1 =e -x ,y 2 =2xe -x ,y 3 =3e x 的三阶线性常系数齐次微分方程是 ( )(分数:2.00)A.y“-y“-y“+y=0B.y“+y“-y“-y=0C.y“-6y“+11y“-6y=0D.y“-2y“

3、-y“+2y=06.函数 (分数:2.00)A.是通解B.是特解C.是解,但既非通解也非特解D.不是解二、填空题(总题数:8,分数:16.00)7.设 y=e c ,y=x 2 为某二阶线性齐次微分方程的两个特解,则该微分方程为 1(分数:2.00)填空项 1:_8.设 p(x),q(x)与 f(x)均为连续函数,f(x)0设 y(x),y(x)与 y(x)是二阶线性非齐次方程 y“+p(x)y“+q(x)y=f(x) 的 3 个解,且 (分数:2.00)填空项 1:_9.微分方程 (分数:2.00)填空项 1:_10.微分方程 (分数:2.00)填空项 1:_11.设 f(x)在(-,+)内

4、有定义,且对任意 x(-,+),y(-,+),成立 f(x+y)=f(x)e y +f(y)e x ,且 f“(0)存在等于 a,a0,则 f(x)= 1(分数:2.00)填空项 1:_12.设 f(x)在(-,+)上可导,且其反函数存在为 g(x)若则当-x+时 f(x)= 1(分数:2.00)填空项 1:_13.微分方程 y“+ytanx=cosx 的通解为 y= 1(分数:2.00)填空项 1:_14.微分方程 y“-4y=e 2x 的通解为 y= 1(分数:2.00)填空项 1:_三、解答题(总题数:14,分数:32.00)15.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。_已知 y

5、=y(x)是微分方程(x 2 +y 2 )dy=dx-dy 的任意解,并在 y=y(x)的定义域内取 x 0 ,记 y 0 =y(x 0 )(分数:4.00)(1).证明: (分数:2.00)_(2).证明: (分数:2.00)_16.设 a0,函数 f(x)在0,+)上连续有界,证明:微分方程 y“+ay=f(x)的解在0,+)上有界(分数:2.00)_17.已知曲线 y=y(x)经过点(1,e -1 ),且在点(x,y)处的切线方程在 y 轴上的截距为 xy,求该曲线方程的表达式(分数:2.00)_18.求解 (分数:2.00)_设 (x)是以 2 为周期的连续函数,且 “(x)=(x),

6、(0)=0(分数:4.00)(1).求方程 y“+ysinx=(x)e cosx 的通解;(分数:2.00)_(2).方程是否有以 2 为周期的解?若有,请写出所需条件,若没有,请说明理由(分数:2.00)_19.设有方程 y“+P(x)y=x 2 ,其中 P(x)= (分数:2.00)_设 (分数:4.00)(1).用变限积分表示满足上述初值问题的特解 y(x);(分数:2.00)_(2).讨论 (分数:2.00)_20.求微分方程 xy“+y=xe x 满足 y(1)=1 的特解(分数:2.00)_21.求(4-x+y)dx-(2-x-y)dy=0 的通解(分数:2.00)_22.求 xy

7、“-y“lny“+y“lnx=0 满足 y(1)=2 和 y“(1)=e 2 的特解(分数:2.00)_23.求 y“ 2 -yy“=1 的通解(分数:2.00)_24.求(x+2)y“+xy“ 2 =y“的通解(分数:2.00)_25.求微分方程 (分数:2.00)_考研数学一(常微分方程)-试卷 3 答案解析(总分:60.00,做题时间:90 分钟)一、选择题(总题数:6,分数:12.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求。(分数:2.00)_解析:2.微分方程 满足 y(1)=0 的特解是 ( ) (分数:2.00)A.B. C.D.解析:解析:将原方程变形为

8、 这是齐次微分方程,令 分离变量得 由 u(1)=0 可得 C=0,进而导出 u+3.设线性无关的函数 y 1 (x),y 2 (x),y 3 (x)均是方程 y“+p(x)y“+q(x)y=f(x)的解,C 1 ,C 2 是任意常数,则该方程的通解是 ( )(分数:2.00)A.C 1 y 1 +C 2 y 2 +y 3B.C 1 y 1 +C 2 y 2 -(C 1 +C 2 )y 3C.C 1 y 1 +C 2 y 2 -(1-C 1 -C 2 )y 3D.C 1 y 1 +C 2 y 2 +(1-C 1 -C 2 )y 3 解析:解析:由于 C 1 y 1 +C 2 y 2 +(1-C

9、 1 -C 2 )y 3 =C 1 (y 1 -y 3 )+C 2 (y 2 -y 3 )+y 3 ,其中 y 1 -y 3 和 y 2 -y 3 是原方程对应的齐次方程的两个线性无关的解,又 y 3 是原方程的一个特解,所以(D)是原方程的通解4.设二阶线性常系数齐次微分方程 y“+by“+y=0 的每一个解 y(x)都在区间(0,+)上有界,则实数 b 的取值范围是 ( )(分数:2.00)A.0,+) B.(-,0C.(-,4D.(-,+)解析:解析:因为当 b2 时, ,所以,当 b 2 -40 时,要想使 y(x)在区间(0,+)上有界,只需要 ,即 b2当 b 2 -40 时,要想

10、使 y(x)在区间(0,+)上有界,只需要 的实部大于等于零,即 0b2当 b=2 时,y(x)=C 1 e -x +C 2 xe -x 在区间(0,+)上有界当 b=-2 时,y(x)=C 1 e x +C 2 xe x 5.具有特解 y 1 =e -x ,y 2 =2xe -x ,y 3 =3e x 的三阶线性常系数齐次微分方程是 ( )(分数:2.00)A.y“-y“-y“+y=0B.y“+y“-y“-y=0 C.y“-6y“+11y“-6y=0D.y“-2y“-y“+2y=0解析:解析:根据题设条件,1,-1 是特征方程的两个根,且-1 是重根,所以特征方程为(-1)(+1) 2 =

11、3 + 2 -1=0,故所求微分方程为 y“+y“-y“-y=0,故选(B) 或使用待定系数法,具体为:设所求的三阶常系数齐次线性微分方程是 y“+ay“+by“+cy=0 由于 y 1 =e -x ,y 2 =2xe -x ,y 3 =3e x 是上述方程的解,所以将它们代入方程后得 6.函数 (分数:2.00)A.是通解B.是特解C.是解,但既非通解也非特解 D.不是解解析:解析:(1)因原方程阶数为二,通解中应包含两个任意常数(可求出通解为 C 1 +C 2 + );(2)特解中不含有任意常数 二、填空题(总题数:8,分数:16.00)7.设 y=e c ,y=x 2 为某二阶线性齐次微

12、分方程的两个特解,则该微分方程为 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:*)解析:解析:由于方程形状已知,故只要将两个特解分别代入并求出系数即可 方法一 设所求的二阶齐次线性微分方程为 y“+p(x)y“+q(x)y=0 分别以 y 1 =e x ,y 2 =x 2 代入,得 8.设 p(x),q(x)与 f(x)均为连续函数,f(x)0设 y(x),y(x)与 y(x)是二阶线性非齐次方程 y“+p(x)y“+q(x)y=f(x) 的 3 个解,且 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:y=C 1 (y 1 -y 2 )+C 2 (y 2 -y 3 )+

13、y 1 ,其中C 1 ,C 2 为任意常数)解析:解析:由非齐次线性方程的两个解,可构造出对应的齐次方程的解,再证明这样所得到的解线性无关便可 y 1 -y 2 与 y 2 -y 3 均是式对应的线性齐次方程 y“+p(x)y“+q(x)y=0 的两个解今证它们线性无关事实上,若它们线性相关,则存在两个不全为零的常数 k 1 与 2 使 k 1 (y 1 -y 2 )+k 2 (y 2 -y 3 )=0 设 k 1 0,又由题设知 y 2 -y 3 0,于是式可改写为 9.微分方程 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:x 2 =ylny+C,其中 C 为任意常数)解析:解析

14、:将 x 看成未知函数,y 看成自变量,问题就迎刃而解了 将 x 看成未知函数(实际上就是作反函数变换),原方程改写为 这是一个伯努利方程,令 z=x 2 ,有 得 10.微分方程 (分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:*)解析:解析:熟悉反函数的导数的读者知道, 原方程可化为 x 于 y 的二阶常系数线性方程将式代入原方程,原方程化为 解得 x 关于 y 的通解为 以 x=0 时,y=0 代入上式,得 0=C 1 +C 2 , 再将式两边对 y 求导,有 x=0 时, ,解得 C 1 =1,C 2 =-1, 于是得通解 11.设 f(x)在(-,+)内有定义,且对任意 x(

15、-,+),y(-,+),成立 f(x+y)=f(x)e y +f(y)e x ,且 f“(0)存在等于 a,a0,则 f(x)= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:axe x)解析:解析:由 f“(0)存在,设法去证对一切 x,f“(x)存在,并求出 f(x) 将 y=0 代入(x+y)=f(x)=f(x)e y +f(y)e x ,得 f(x)=f(x)+f(0)e x ,所以 f(0)=0 12.设 f(x)在(-,+)上可导,且其反函数存在为 g(x)若则当-x+时 f(x)= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:*)解析:解析:未知函数含于

16、积分之中的方程称积分方程现在此积分的上限为变量,求此方程的解的方法是将方程两边对 x 求导数化成微分方程解之注意,积分方程的初值条件蕴含于所给式子之中,读者应自行设法挖掘之 将所给方程两边对 x 求导,有 gf(x)f“(x)+f(x)=xe x 因 gf(x)x,所以上式成为 xf“(x)+f(x)=xe x 以 x=0 代入上式,由于 f“(0)存在,所以由上式得 f(0)=0当 x0 时,上式成为 由于 f(x)在 x=0 处可导,所以连续令 x0,得 13.微分方程 y“+ytanx=cosx 的通解为 y= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案:(x+C)cosx

17、,其中 C 为任意常数)解析:解析:属于一阶非齐次线性方程,直接根据解一阶非齐次线性方程的方法即可得出答案14.微分方程 y“-4y=e 2x 的通解为 y= 1(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:正确答案: )解析:解析:y“-4y=0 的特征根 =2,则 其通解为 y=C 1 e -2x +C 2 e 2x 设其特解 y*=Axe 2x 代入y“-4y=e 2x ,可解得 所以 y“-4y=e 2x 的通解为 三、解答题(总题数:14,分数:32.00)15.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。_解析:已知 y=y(x)是微分方程(x 2 +y 2 )dy=dx-dy

18、的任意解,并在 y=y(x)的定义域内取 x 0 ,记 y 0 =y(x 0 )(分数:4.00)(1).证明: (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:本题以微分方程的概念为载体,考查一元微积分学的综合知识,是一道有一定难度的综合题 将微分方程(x 2 +y 2 )dy=dx-dy 变形为 ,则 y=y(x)为严格单调增函数,根据单调有界准则,只要证明 y(x)有界即可 对 设 xx 0 ,则 y(x)y(x 0 )+ )解析:(2).证明: (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:y(x)有上界,所以 存在 同理可证,当 xx 0 时,y(x)有下界,所以 也存在 故 )解析:16.设

19、 a0,函数 f(x)在0,+)上连续有界,证明:微分方程 y“+ay=f(x)的解在0,+)上有界(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:原方程的通解为 设 f(x)在0,+)上的上界为 M,即f(x)M,则当x0 时,有 )解析:17.已知曲线 y=y(x)经过点(1,e -1 ),且在点(x,y)处的切线方程在 y 轴上的截距为 xy,求该曲线方程的表达式(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:本题以几何问题为载体,让考生根据问题描述建立微分方程,然后求解,是一道简单的综合题,是考研的重要出题形式 曲线 y=f(x)在点(x,y)处的切线方程为 Y-y=y“(X-x),令X=0,得到

20、截距为 xy=y-xy“,即 xy“=y(1-x) 此为一阶可分离变量的方程,于是, 又 y(1)=e -1 ,故 C=1,于是曲线方程为 )解析:18.求解 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:方程化为 此为齐次方程,故令 ,代入上述方程得 积分得ln(u+e u )=-lny+C 1 , (u+e u )y=C, 将 ,故原方程的通解为 x+ )解析:设 (x)是以 2 为周期的连续函数,且 “(x)=(x),(0)=0(分数:4.00)(1).求方程 y“+ysinx=(x)e cosx 的通解;(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:本题考查微分方程的求解与解的讨论,尤其是(2

21、)关于解的讨论,是考生在考场上的难点,请复习备考的学生重视 该方程为一阶线性微分方程,通解为 y=e -sinxdx (x)e cosx e sinxdx dx+C=e cosx (x)e cosx .e -cosx dx+C =e cosx (x)dx+C=e cosx (x)+C(C 为任意常数)解析:(2).方程是否有以 2 为周期的解?若有,请写出所需条件,若没有,请说明理由(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:因为 “(x)=(x),所以 (x)= 而 (x+2)= 所以,当 时,(x+2)=(x),即 (x)以 2 为周期 因此,当 )解析:19.设有方程 y“+P(x)y=x

22、 2 ,其中 P(x)= (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:本题虽是基础题,但其特色在于当 z 的取值范围不同时,系数 P(x)不同,这样所求解的方程就不一样,解的形式自然也会不一样,最后要根据解 y=y(x)是连续函数,确定任意常数 当x1 时,方程及其初值条件为 求解得 y=e -1dx (x 2 e 1dx dx+C)=e -x (x 2 e x dx+C)=x 2 -2x+2+Ce -x 由 y(0)=2 得 C=0,故 y=x 2 -2x+2 当 x1 时,方程为 ,求解得 又 y(x)在(-,+)内连续,有 f(1 - )=f(1 + )=f(1),即 1-2+2= 所以

23、)解析:设 (分数:4.00)(1).用变限积分表示满足上述初值问题的特解 y(x);(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:一般认为,一阶线性微分方程 y“+p(x)y=q(x)的计算公式为 y=e -p(x)dx e.q(x)dx+C, 而本题是要求写成变限积分形式 请考生仔细分辨这里的变量表达形式 由于本题表达形式比较复杂,且写出表达式后还要进行极限讨论,故本题对于考生是一道难题 初值问题可写成 由上述变限积分形式的通解公式,有: )解析:(2).讨论 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案: )解析:20.求微分方程 xy“+y=xe x 满足 y(1)=1 的特解(分数:2.00

24、)_正确答案:(正确答案:方法一 对应的齐次方程 xy“+y=0 的通解是 设其中 C 为 x 的函数,则 代入原方程,得 C“=xe x ,C=xe x -e x +C 1 , 故原方程的通解为 当 x=1,y=1 时,C 1 =1,所以特解为 方法二 由通解公式得 当 x=1,y=1 时,得 C=1,所以特解为 )解析:21.求(4-x+y)dx-(2-x-y)dy=0 的通解(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:方程化为 设 x=X+h,y=Y+k,代入方程,并令 解得 h=3,k=-1,此时原方程化为 )解析:22.求 xy“-y“lny“+y“lnx=0 满足 y(1)=2 和

25、y“(1)=e 2 的特解(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:设 y“=p,则 y“=p“,代入原方程中,xp“-plnp+pinx=0,即 这是齐次方程,设 p=xu,则 代入上式,得 由原方程知 x0,y“0,从而 u0,积分后,得 lnu-1=C 1 x,即 lnu=C 1 x+1, 回代 代入初值条件 y“(1)=e 2 ,解得 C 1 =1,得到方程 )解析:23.求 y“ 2 -yy“=1 的通解(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:设 y“=p, ,积分得 )解析:24.求(x+2)y“+xy“ 2 =y“的通解(分数:2.00)_正确答案:(正确答案:令 y“=p,有 ,原式成为 两边同除以 p 2 ,化为 当 C 1 0 时,得 当 C 1 =0 时,得 当 C 1 0 时,得 )解析:25.求微分方程 (分数:2.00)_正确答案:(正确答案:此为齐次方程,只要作代换 令 u= 所以有 uarctanu- 即得原方程通解为 )解析:

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