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105指考數學甲試題–D

一圓盤分成標有數字0、1的兩區域,且圓盤上有一可轉動的指針。已知每次轉動指針後,前後兩次指針停在同一區域的機率為\(\frac{1}{4}\),而停在不同區域的機率為\(\frac{3}{4}\)。遊戲規則為連續轉動指針三次,計算指針在這三次所停區域的標號數字之和。若遊戲前指針的位置停在標號數字為1的區域,則此遊戲的期望值為__________。(化成最簡分數)

答案

因為遊戲前指針停在數字1的區域,我們分情況討論三次轉動指針後數字之和的概率:
- **三次指針所停區域數字之和為1**:意味著後兩次指針都停在0區域。第一次轉動指針從1區域到0區域的概率為\(\frac{3}{4}\),第二次從0區域再到0區域的概率為\(\frac{1}{4}\),所以這種情況的概率為\(\frac{3}{4}\times\frac{1}{4}=\frac{3}{16}\)。
- **三次指針所停區域數字之和為2**:有兩種情況。第一種是第一次轉動指針從1區域到0區域(概率為\(\frac{3}{4}\)),第二次從0區域到1區域(概率為\(\frac{3}{4}\)),概率為\(\frac{3}{4}\times\frac{3}{4}=\frac{9}{16}\);第二種是第一次轉動指針從1區域到1區域(概率為\(\frac{1}{4}\)),第二次從1區域到0區域(概率為\(\frac{3}{4}\)),概率為\(\frac{1}{4}\times\frac{3}{4}=\frac{3}{16}\)。那麽和為2的總概率是\(\frac{9}{16}+\frac{3}{16}=\frac{12}{16}\)。
- **三次指針所停區域數字之和為3**:即後兩次指針都停在1區域。第一次轉動指針從1區域到1區域的概率為\(\frac{1}{4}\),第二次從1區域到1區域的概率為\(\frac{1}{4}\),所以這種情況的概率為\(\frac{1}{4}\times\frac{1}{4}=\frac{1}{16}\) 。

根據期望公式\(E(X)=X_1P_1 + X_2P_2 + X_3P_3\)(其中\(X_i\)是取值,\(P_i\)是對應取值的概率),可得期望為:
\[
\begin{align*}
E(X)&=1\times\frac{3}{16}+2\times\frac{12}{16}+3\times\frac{1}{16}\\
&=\frac{3 + 24 + 3}{16}\\
&=\frac{30}{16}\\
&=\frac{15}{8}
\end{align*}
\]

答案為\(\frac{15}{8}\)。 報錯
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105指考數學甲試題-1)

如圖,已知圓\(O\)與直線\(BC\)、直線\(AC\) 、直線\(AB\)均相切,且分別相切於\(D\)、\(E\)、\(F\)。又\(BC = 4\),\(AC = 5\),\(AB = 6\) 。假設\(\overline{BF}=x\),試利用\(x\)分別表示\(\overline{BD}\),\(\overline{CD}\)以及\(\overline{AE}\),並求出\(x\)之值。(4分)

答案

根據圓的切線長定理,從圓外一點引圓的兩條切線,它們的切線長相等。
因為圓\(O\)與直線\(AB\)、\(BC\)相切,所以\(\overline{BF}=\overline{BD}=x\) 。
因為\(BC = 4\),所以\(\overline{CD}=BC - \overline{BD}=4 - x\)。
又因為圓\(O\)與直線\(AC\)、\(AB\)相切,所以\(\overline{AE}=\overline{AF}\)。
而\(\overline{AF}=AB - \overline{BF}=6 - x\),所以\(\overline{AE}=6 - x\)。
再根據\(\overline{AC}=\overline{AE}+\overline{CD}\),即\(5=(6 - x)+(4 - x)\)。
解方程\(5 = 6 - x + 4 - x\):
\[
\begin{align*}
5&=10 - 2x\\
2x&=10 - 5\\
2x&=5\\
x&=\frac{5}{2}
\end{align*}
\]

綜上,\(\overline{BD}=x=\frac{5}{2}\),\(\overline{CD}=4 - x=\frac{3}{2}\),\(\overline{AE}=6 - x=\frac{7}{2}\),\(x\)的值為\(\frac{5}{2}\)。 報錯
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105指考數學甲試題-2)

如圖,已知圓\(O\)與直線\(BC\)、直線\(AC\) 、直線\(AB\)均相切,且分別相切於\(D\)、\(E\)、\(F\)。又\(BC = 4\),\(AC = 5\),\(AB = 6\) 。若將\(\overrightarrow{AD}\)表示成\(\alpha\overrightarrow{AB}+\beta\overrightarrow{AC}\),則\(\alpha+\beta\)之值為何?(5分)

答案

由(1)知\(\overline{BD}=\frac{5}{2}\),\(\overline{CD}=\frac{3}{2}\)。
根據向量加法的三角形法則,\(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BD}=\overrightarrow{AB}+\frac{5}{2}\times\frac{\overrightarrow{BC}}{|\overrightarrow{BC}|}\)。
又因為\(\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB}\),所以\(\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AB}+\frac{5}{2}\times\frac{\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB}}{4}=\overrightarrow{AB}+\frac{5}{8}\overrightarrow{AC}-\frac{5}{8}\overrightarrow{AB}=\frac{3}{8}\overrightarrow{AB}+\frac{5}{8}\overrightarrow{AC}\)。
所以\(\alpha=\frac{3}{8}\),\(\beta=\frac{5}{8}\),則\(\alpha+\beta=\frac{3}{8}+\frac{5}{8}=1\) 。 報錯
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105指考數學甲試題-1)

設三次實係數多項式\(f(x)\)的最高次項係數為\(a\)。已知在\(0\leq x\leq3\)的範圍中,\(f(x)\)的最大值12發生在\(x = 0\),\(x = 2\)兩處。另一多項式\(G(x)\)滿足\(G(0)=0\),以及對任意實數\(s\),\(r(s\leq r)\),\(\int_{s}^{r}f(t)dt=G(r)-G(s)\)恆成立,且函數\(y = G(x)\)在\(x = 1\)處有(相對)極值。試描繪\(y = f(x)\)在\(0\leq x\leq3\)的範圍中可能的圖形,在圖上標示\((0,f(0))\)、\((2,f(2))\),並由此說明\(a\)為正或負。(4分)

答案

因為\(f(x)\)是三次實系數多項式,且在\(0\leq x\leq3\)上,\(f(0)=f(2)=12\)為最大值。
三次函數的圖像是一條曲線,若\(a\gt0\),函數圖像大致是先增後減再增;若\(a\lt0\),函數圖像大致是先減後增再減。
由於\(f(x)\)在\([0, 3]\)上\(x = 0\)和\(x = 2\)處取得最大值,所以函數圖像在\([0, 2]\)上不是單調遞增的,在\([0, 3]\)上也不是單調遞減的,所以\(a\lt0\)。
圖像大致為:在\([0, 2]\)上先上升後下降(形成一個局部極大值點在\(x = 0\)和\(x = 2\)處),在\([2, 3]\)上繼續下降 。在圖像上標注出\((0, 12)\)和\((2, 12)\)兩個點 。 報錯
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105指考數學甲試題-2)

設三次實係數多項式\(f(x)\)的最高次項係數為\(a\)。已知在\(0\leq x\leq3\)的範圍中,\(f(x)\)的最大值12發生在\(x = 0\),\(x = 2\)兩處。另一多項式\(G(x)\)滿足\(G(0)=0\),以及對任意實數\(s\),\(r(s\leq r)\),\(\int_{s}^{r}f(t)dt=G(r)-G(s)\)恆成立,且函數\(y = G(x)\)在\(x = 1\)處有(相相對)極值。試求方程式\(f(x)-12=0\)的實數解(如有重根須標示),並利用\(y = G(x)\)在\(x = 1\)處有極值,求\(a\)之值。(5分)

答案

因為\(f(x)\)在\(0\leq x\leq3\)上最大值\(12\)在\(x = 0\)和\(x = 2\)處取得,所以\(f(x)-12 = 0\)的實數解為\(x = 0\)(重根)和\(x = 2\)(重根),即\(f(x)-12=a(x - 0)^2(x - 2)^2=ax^2(x - 2)^2\)。
因為\(G(x)\)滿足\(\int_{s}^{r}f(t)dt=G(r)-G(s)\),所以\(G^\prime(x)=f(x)\)。
又因為\(y = G(x)\)在\(x = 1\)處有極值,所以\(G^\prime(1)=f(1)=0\)。
將\(x = 1\)代入\(f(x)=ax^2(x - 2)^2\),得\(a\times1^2\times(1 - 2)^2=0\),即\(a = - 12\)。 報錯
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105指考數學甲試題-3)

設三次實係數多項式\(f(x)\)的最高次項係數為\(a\)。已知在\(0\leq x\leq3\)的範圍中,\(f(x)\)的最大值12發生在\(x = 0\),\(x = 2\)兩處。另一多項式\(G(x)\)滿足\(G(0)=0\),以及對任意實數\(s\),\(r(s\leq r)\),\(\int_{s}^{r}f(t)dt=G(r)-G(s)\)恆成立,且函數\(y = G(x)\)在\(x = 1\)處有(相對)極值。在\(0\leq x\leq2\)的範圍中,求\(G(x)\)之最小值。(6分)

答案

由(2)可知\(f(x)=-12x^{2}(x - 2)^{2}=-12x^{4}+48x^{3}-48x^{2}\)。
因為\(G(x)=\int f(x)dx\),所以\(G(x)=\int(-12x^{4}+48x^{3}-48x^{2})dx=- \frac{12}{5}x^{5}+12x^{4}-16x^{3}+C\)。
又\(G(0)=0\),代入可得\(C = 0\),即\(G(x)=-\frac{12}{5}x^{5}+12x^{4}-16x^{3}\) 。
對\(G(x)\)求導得\(G^\prime(x)=-12x^{4}+48x^{3}-48x^{2}=-12x^{2}(x^{2}-4x + 4)=-12x^{2}(x - 2)^{2}\)。
在區間\([0,2]\)上分析\(G^\prime(x)\)的符號:
令\(G^\prime(x)=0\),可得\(x = 0\)或\(x = 2\)。
當\(0\lt x\lt2\)時,\(G^\prime(x)\leq0\),這表明\(G(x)\)在\((0,2)\)上單調遞減。
所以在\(0\leq x\leq2\)的範圍內,\(G(x)\)在\(x = 2\)處取得最小值。
將\(x = 2\)代入\(G(x)\)得:
\(G(2)=-\frac{12}{5}\times2^{5}+12\times2^{4}-16\times2^{3}\)
\(=-\frac{384}{5}+192 - 128\)
\(=-\frac{384}{5}+64\)
\(=-\frac{384}{5}+\frac{320}{5}\)
\(=-\frac{64}{5}\)。
故\(G(x)\)在\(0\leq x\leq2\)的範圍內的最小值為\(-\frac{64}{5}\)。 報錯
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