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110指考數學甲試題-非選擇2


<非選擇>(1)坐標平面上,以\(\Gamma\)表示多項式函數\(y=x^{3}-4x^{2}+5x\)的圖形,且以\(L\)表示直線\(y = mx\),其中\(m\)為實數。當\(m = 2\)時,試求出在\(x\geq0\)的範圍內,\(\Gamma\)與\(L\)的三個相異交點的\(x\)坐標。(2分)
(2)坐標平面上,以\(\Gamma\)表示多項式函數\(y=x^{3}-4x^{2}+5x\)的圖形,且以\(L\)表示直線\(y = mx\),其中\(m\)為實數。承(1),試求\(\Gamma\)與\(L\)所圍有界區域面積的值。(4分)
(3)坐標平面上,以\(\Gamma\)表示多項式函數\(y=x^{3}-4x^{2}+5x\)的圖形,且以\(L\)表示直線\(y = mx\),其中\(m\)為實數。在\(x\geq0\)的範圍內,若\(\Gamma\)與\(L\)有三個相異交點,則滿足此條件的\(m\)之最大範圍為\(a\lt m\lt b\),試求\(a, b\)之值。(6分)

答案

(1)
令\(x^{3}-4x^{2}+5x = 2x\)(\(x\geq0\)),移項可得\(x^{3}-4x^{2}+3x = 0\) 。
提取公因式\(x\)得\(x(x^{2}-4x + 3)=0\) 。
進一步分解\(x(x - 1)(x - 3)=0\) 。
所以\(x = 0\)或\(x = 1\)或\(x = 3\),即在\(x\geq0\)的範圍內,\(\Gamma\)與\(L\)的三個相異交點的\(x\)坐標為\(0\),\(1\),\(3\)。
(2)
由(1)知交點\(x\)坐標為\(0\),\(1\),\(3\)。
\(\Gamma\)與\(L\)所圍有界區域面積\(S=\int_{0}^{1}[(x^{3}-4x^{2}+5x)-2x]dx+\int_{1}^{3}[2x-(x^{3}-4x^{2}+5x)]dx\) 。
先計算\(\int_{0}^{1}(x^{3}-4x^{2}+3x)dx=\left[\frac{1}{4}x^{4}-\frac{4}{3}x^{3}+\frac{3}{2}x^{2}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{4}-\frac{4}{3}+\frac{3}{2}=\frac{3 - 16 + 18}{12}=\frac{5}{12}\) 。
再計算\(\int_{1}^{3}(-x^{3}+4x^{2}-3x)dx=\left[-\frac{1}{4}x^{4}+\frac{4}{3}x^{3}-\frac{3}{2}x^{2}\right]_{1}^{3}=(-\frac{81}{4}+36-\frac{27}{2})-(-\frac{1}{4}+\frac{4}{3}-\frac{3}{2})\)
\(=(-\frac{81 + 144 - 54}{4})-(-\frac{3 + 16 - 18}{12})=\frac{9}{4}+\frac{5}{12}=\frac{27 + 5}{12}=\frac{32}{12}=\frac{8}{3}\) 。
所以\(S=\frac{5}{12}+\frac{8}{3}=\frac{5 + 32}{12}=\frac{37}{12}\) 。
(3)
令\(x^{3}-4x^{2}+5x = mx\)(\(x\geq0\)),移項得\(x^{3}-4x^{2}+(5 - m)x = 0\),\(x(x^{2}-4x+(5 - m)) = 0\) 。
已有一個根\(x = 0\),要使\(x^{2}-4x+(5 - m)=0\)有兩個不同正根。
對於一元二次方程\(ax^{2}+bx + c = 0\)(\(a = 1\),\(b=-4\),\(c = 5 - m\)),有兩個不同正根需滿足\(\Delta=b^{2}-4ac\gt0\),\(x_1 + x_2=-\frac{b}{a}\gt0\),\(x_1x_2=\frac{c}{a}\gt0\) 。
\(\Delta = 16 - 4(5 - m)\gt0\),即\(16 - 20 + 4m\gt0\),\(4m\gt4\),\(m\gt1\) 。
\(x_1 + x_2 = 4\gt0\)(恆成立)。
\(x_1x_2 = 5 - m\gt0\),\(m\lt5\) 。
所以\(1\lt m\lt5\),則\(a = 1\),\(b = 5\)。


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