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陆艺:第一届全国大学生数学竞赛初赛(专业组)
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题目
- 已知四点
,
,
,
。试求过这四点的球面方程。
- 设
为
上非负连续函数。求证:存在
,使得
- 设
是数域
上的
维列空间,
是一个线性变换。若
证明:
,其中
是
中的某个数,
表示恒同映射。
- 对于
,求
的最大值。
- 对于任何实数
,求证存在取值于
的数列
满足
- 设
是数域
上的
维矩阵,证明
相似于
,其中
是可逆矩阵,
是幂零矩阵,即存在
使得
。
- 设
是
上的单调递减函数,
,且
。证明:(1)
。(2)
思路
第一题,
直接设圆心,列仨方程求出来。
或者,球面相对于任何名片的界面都是圆形,取两组点,每组有三个点,必共面,求过三点中心,且垂直于该点的直线。一组确定一条,两组就有两条,求交点,即为圆心。
(不过哪种都躲不开特别高的计算量。。。。)
第二题,
第一眼看上去
时就是Cauchy-Schwartz不等式。当等于3时,能发现
也就有
发现不满足条件了。其实Holder不等式、Minkowski不等式跟这个都是一个路数,基本上也不用考虑了。
但回顾Holder不等式的证明过程。观察问题能够发现,右端是求和项,左端是一般项。将右端除到左边来,则有
只需证明这个成立即可。后面思路就好来了:将
变为变量,对该变量求和(积分),借助均值不等式,即可得证。
注(Holder不等式):
其实就是
其中向量的分量全部取绝对值,
为共轭的(conjugate),即倒数和为1。能够发现左边具有双齐次性,右侧同样(竞赛题第二题同样,只不过是n齐次性,道理相同)。所以分别取向量
范数为1的情形(表现出来就是右端除到左端)。
不同的是,第二题中需要将乘的形式放到和的形式。而Holder不等式的证明,需要将一个Hadmard积后求和形式放到两个单纯求和的形式(所以用到了Young不等式)。后面就不多赘述了。
对于Hadmard积其实也可以有点东西说说,他就是向量对应分量相乘得到向量的作用。例如:在同一个定义域下的两个函数相乘、或者数列对应项相乘。在数分中,可以用这种积来构造具有某种性质的函数。譬如,给一组闭区间上连续的函数列
,如何构造一个函数,对于
,在
处
时,该函数也在相应点为0?现构造个对于
一致有界的函数列
然后在随便找一个级数收敛的正项数列
,有
即为所求。
第三题,
线性空间中,线性映射在某个基下可以用矩阵来进行表示。这就是证明与任意矩阵相互交换的矩阵iff该矩阵为数量矩阵。
证明过程没什么太多可说的。不过有一点:用基本矩阵(就是某个位置为1,其余全为0的矩阵)、基本单位向量(某一位置为1,其余为0)有那么一个作用——通过左、右乘调取矩阵的某个位置的元素,并进行验证。类似用法可以参考
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中的第二题。
第四题,
这题如果硬算需要解一个三次方程,正规化后的三次方程,每一项系数都大得令人发指。(而且我三次方程求根公式记不住,,只能现场推,,,如果我当场考,时间就没。)
然鹅,这道题公众号上给的方法(辅助角公式)确实不错(但别忘了验证一下边界点),而且北大研究生考试试题(张辰LMY的想法 - 知乎 https://www.zhihu.com/pin/1155999513821929472)也有类似得问题(第五题),可以考虑相应得方法,我就写写这道题得解法了~
最大值:
写到这里就很明显了~相当于求和的最大值仅由
所左右。所以后面的方法就是求导——导为0——比较极值点与边界点谁大谁小。~
第五题,
分析类的问题,如证明收敛,或者收敛于blabla,或者逼近与某个趋势blabla
前提是要知道它本身的趋势。
回顾数分中学到的概念:像微分、展开、积分变换、简单函数逼近等等。实际上它们的作用是将一个具有某种特性的函数,拆分成一系列已知的函数来去理解。再借助极限的概念,将可以足够逼近的认定为收敛,总是无法逼近的认定为发散。
(不过,仔细想想能发现,像数分高代也好、还是什么复变实变微分几何也好,我感觉,这些知识并不是一定属于某某类这种划分。而是提供一种观察数学的视角。)
回到这道题,想要知道是否存在这样的数列,实际上就是看卡能不能构造这样的数列。既然是为了构造,那么肯定要知道,题干中
随n的敛散趋势。
提出一个
,则变为
,随着
增大,前面的根号里的东西可以
局部线性表示(就是
可微,然后提出来),求和的一般项中补上不随n变化项,便能够判定其收敛(实际上,能发现:补上的正好使其收敛于0,这就说明,添加项能够)。
既然收敛了,就想着如何构造
序列了。一个最基本的想法就是:多退(正)少补(负)。
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可以对比第七题
后面就是去验证收敛即可。
第六题,
陆艺:高代随记(二)Jordan-Chevalley分解 前的一点铺垫(两道题)zhuanlan.zhihu.com
直接半单幂零分解。。。。然后换个基,把零项挪到下面即可。。
如果怕不保险,,那直接把分解给证明一边即可:考虑最小多项式。。
第七题,
这题我就说说怎么来思路的,就两点。。。
首先看见第二个极限的时候,心里一定要有这样的图像:
这就说明,积分区间放缩应该只考虑零附近的区域。(
陆艺:[杂谈]从积分看微分,再到卷积核求偏导做边缘检测zhuanlan.zhihu.com
拟合法考虑一波了。。。。)
还有一个,看见积分Hadmard积上一个有正负交替的函数/周期函数时,化积分和要按照其正负规律/周期规律来划分。
对于划分的题,可以提供几道例题,答案略。
例:
当
时的敛散性
例:
收敛,但并不是绝对收敛。(证明非绝对收敛是重点。)