第十五届数学类初赛(A类)

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#题型题目
1 解答题 在空间中给定直线 $L$ 及直线外定点 $P$ .设 $M$ 是过 $P$ 点且与直线 $L$ 相切的球面的球心。问:所有可能的球心 $M$ 构成何种曲面?证明你的结论。 解答。解:这是一个抛物柱面。
2 解答题 设 $f(x, y, z)=x^{2}+\left(y^{2}+z^{2}\right)(1-x)^{3}$ . (1)计算 $f$ 的驻点。 (2)求 $f$ 在 $\Sigma$ 上的最小值,其中, $\Sigma$ 是 $\left\{(x, y, z)\left||x| \leqslant 2, y^{2}+z^{2} \leqslant 4\right\}\right.$ 的边界。 (3)求 $f$ 在椭球 $x^{2}+\frac{y^{2}}{2}+\frac{z^{2}}{3} \leqslant 1$ 上的最小值.
3 解答题 设 $V$ 是复数域 $\mathbb{C}$ 上的 $n$ 维线性空间, $\mathbf{A}$ 是 $V$ 上的一个线性变换.证明:存在 $\alpha \in V$ 使得 $\left\{\alpha, \mathbf{A} \alpha, \cdots, \mathbf{A}^{n-1} \alpha\right\}$ 成为 $V$ 的一组基当且仅当对于 $\mathbf{A}$的任一特征值 $\lambda, \lambda$ 的几何重数为 1 。
4 解答题 (本题 15 分)设 $n \geqslant 3$ 为自然数,$\theta=\frac{2 \pi}{n}$ .对任意 $1 \leq s, t \leq n$ ,取 $a_{s t}=\sin (s+t) \theta$ ,令矩阵 $A=\left(a_{s t}\right)_{n \times n}$ ,计算 $E+A^{2023}$ 的行列式,其中 $E$ 为 $n$ 阶单位矩阵。
5 解答题 设 $E \subset \mathbb{R}^{n}$ 非空有界, $\mathbf{c} \in \mathbb{R}^{n}, \mathbf{c}$ 非零。用 $\operatorname{diam} E=\sup _{\mathbf{x}, \mathbf{y} \in E}\|\mathbf{x}-\mathbf{y}\|$ 表示 $E$ 的直径,记 $E+\mathbf{c}= \{\mathbf{x}+\mathbf{c} \mid \mathbf{x} \in E\}$ .证明: $\operatorname{diam} E<\operatorname{diam}(E \cup(E+\mathbf{c}))$ .
6 解答题 设 $a=\sqrt[3]{3}, x_{1}=a, x_{n+1}=a^{x_{n}}(n= 1,2, \ldots)$ .证明:数列 $\left\{x_{n}\right\}_{n=1}^{\infty}$ 极限存在,但不是 3 .