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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)

[選填題]
答案

計算三次試驗(1的機率\(\frac{1}{4}\)、0的機率\(\frac{3}{4}\))的期望值,考慮排列:

1. **三次都是1(僅1種排列)**:
\[
\left(\frac{1}{4}\right)^3 \times 3 = \frac{3}{64}
\]

2. **2個1、1個0(共\(\binom{3}{2}=3\)種排列)**:
每種排列的機率為\(\left(\frac{1}{4}\right)^2 \cdot \frac{3}{4}\),每種對應總和2,故貢獻:
\[
3 \times \left(\frac{1}{4}\right)^2 \cdot \frac{3}{4} \times 2 = 3 \times \frac{3}{64} \times 2 = \frac{18}{64}
\]

3. **1個1、2個0(共\(\binom{3}{1}=3\)種排列)**:
每種排列的機率為\(\frac{1}{4} \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^2\),每種對應總和1,故貢獻:
\[
3 \times \frac{1}{4} \cdot \left(\frac{3}{4}\right)^2 \times 1 = 3 \times \frac{9}{64} \times 1 = \frac{27}{64}
\]

4. **三次都是0(僅1種排列)**:
\[
\left(\frac{3}{4}\right)^3 \times 0 = 0
\]
期望值:
\[
\frac{3 + 18 + 27 + 36}{64} = \frac{84}{64} = \frac{21}{16}
\]


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105指考數學甲試題-非選擇一(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)

[非選擇題]
答案

設 \( \overline{BD} = x \),則 \( \overline{CD} = 4 - x \),由圓的性質得 \( \overline{CE} = 4 - x \),故 \( \overline{AE} = 9 - x \)。

由 \( \overline{AO}^2 \) 的兩種表示(\( O \) 為圓心):
\[
(6 + x)^2 + r^2 = (9 - x)^2 + r^2
\]
展開化簡得 \( 30x = 45 \implies x = \frac{3}{2} \)。


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105指考數學甲試題-非選擇一(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)

[非選擇題]
答案

因此:
\[
\overline{BD} = \frac{3}{2},\ \overline{CD} = 4 - \frac{3}{2} = \frac{5}{2} \implies \overline{BD} : \overline{CD} = 3:5
\]

由分點公式,\( \overrightarrow{AD} = \frac{5}{8}\overrightarrow{AB} + \frac{3}{8}\overrightarrow{AC} \),故 \( \alpha = \frac{5}{8} \),\( \beta = \frac{3}{8} \)。


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105指考數學甲試題-非選擇二(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)

[非選擇題]
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 。


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105指考數學甲試題-非選擇二(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)

[非選擇題]
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\(a = - 12\)。


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105指考數學甲試題-非選擇二(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)

[非選擇題]
答案

承前,由 \( G(0)=0 \) 得 \( c=0 \),故 \( G(x) = -3x^4 + 16x^3 - 24x^2 + 12x \)(\( 0 \leq x \leq 2 \))。

求導:
\[
G'(x) = -12x^3 + 48x^2 - 48x + 12 = -12(x^3 - 4x^2 + 4x - 1)
\]
令 \( G'(x)=0 \),因式分解得 \( (x-1)(x^2-3x+1)=0 \),解得 \( x=1 \) 或 \( x=\frac{3\pm\sqrt{5}}{2} \)(後兩者不在區間 \( [0,2] \) 內,舍去)。

分析單調性:
- \( x \in [0,1) \) 時,\( G'(x) > 0 \),\( G(x) \) 遞增;
- \( x \in (1,2] \) 時,\( G'(x) > 0 \),\( G(x) \) 遞增。

計算端點與臨界點值:
\[
G(0)=0,\ G(1)=1
\]

故 \( G(x) \) 的最小值為 \( \boxed{0} \)。