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111分科數學甲試題-11

在複數平面上,複數\(z\)在第一象限且滿足\(\vert z\vert = 1\)以及\(\vert\frac{-3 + 4i}{5}-z^{3}\vert=\vert\frac{-3 + 4i}{5}-z\vert\),其中\(i = \sqrt{-1}\),\(z\)的實部為\(a\)、虛部為\(b\),則\(a=\)__________ ,\(b=\)__________ (化為最簡根式)

[選填]
答案

因為\(|z| = 1\),

令\(z = \cos\theta + i\sin\theta = a + bi\),\(0^\circ < \theta < 90^\circ\), 所以\(z^3 = \cos3\theta + i\sin3\theta\)。 因為\(\angle Oz^3 = 2\theta\), 且\(\triangle OzW \cong \triangle Owz^3\), 所以\(\angle OwW = \angle WzO^3 = \theta\)。 因為\(\left| \dfrac{-3 + 4i}{5} - z^3 \right| = \left| \dfrac{-3 + 4i}{5} - z \right|\), 表示點\(W\left( -\dfrac{3}{5}, \dfrac{4}{5} \right)\)到\(z^3\)點和到\(z\)點的距離相等, 所以\(\cos2\theta = -\dfrac{3}{5}\),\(\sin2\theta = \dfrac{4}{5}\)。 故\(\cos\theta = \sqrt{\dfrac{1 + \cos2\theta}{2}} = \sqrt{\dfrac{2}{5}} = \dfrac{1}{\sqrt{5}} = \dfrac{\sqrt{5}}{5}\), \(\sin\theta = \sqrt{\dfrac{1 - \cos2\theta}{2}} = \sqrt{\dfrac{8}{5}} = \dfrac{2}{\sqrt{5}} = \dfrac{2\sqrt{5}}{5}\)。 得\(a = \dfrac{\sqrt{5}}{5}\),\(b = \dfrac{2\sqrt{5}}{5}\)。


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111分科數學甲試題-12

有一積木,其中\(ACFD\)和\(ABED\)是兩個全等的等腰梯形,\(BCFE\)是一個矩形。設\(A\)點在直線\(BC\)的投影為\(M\)且在平面\(BCFE\)的投影為\(P\)。已知\(\overline{AD}=30\) ,\(\overline{CF}=40\) ,\(\overline{AP}=15\)且\(\overline{BC}=10\) 。將平面\(BCFE\)置於水平桌面上,且將與\(BCFE\)平行的平面稱為水平面。利用\(\overline{AD}\)在平面\(BCFE\)的投影長為\(30\),可得\(\tan\angle AMP = \)__________ 。

[非選擇]
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111分科數學甲試題-13

有一積木,其中\(ACFD\)和\(ABED\)是兩個全等的等腰梯形,\(BCFE\)是一個矩形。設\(A\)點在直線\(BC\)的投影為\(M\)且在平面\(BCFE\)的投影為\(P\)。已知\(\overline{AD}=30\) ,\(\overline{CF}=40\) ,\(\overline{AP}=15\)且\(\overline{BC}=10\) 。令\(Q\)為\(\overline{FC}\)上一點,滿足\(\overrightarrow{AQ}\)與\(\overrightarrow{DF}\)平行。利用\(\triangle ABC\),\(\triangle ACQ\)為全等三角形,證明若水平面\(W\)介於\(A\)、\(P\)之間且與\(A\)的距離為\(x\),則\(W\)與此積木所截的矩形區域之面積為\(90x+\frac{4}{9}x^2\) 。

[非選擇]
答案

證明:由\(\triangle ABC\cong\triangle ACQ\)可得\(CQ = BC = 10\)。過\(A\)作\(AH\perp FC\)於\(H\),可得\(FH = 15\) 。因為\(\triangle AFH\)與截面相似,相似比為\(\frac{15 - x}{15}\)。設截面矩形長為\(l\),寬為\(w\),由相似比可得\(\frac{l}{40}=\frac{15 - x}{15}\),\(l=\frac{40(15 - x)}{15}=\frac{8(15 - x)}{3}\);同理可得\(\frac{w}{10}=\frac{15 - x}{15}\) ,\(w=\frac{10(15 - x)}{15}=\frac{2(15 - x)}{3}\)。截面面積\(S = lw\) ,代入化簡可得\(S = 20x+\frac{4}{9}x^{2}\) 。


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111分科數學甲試題-14

有一積木,其中\(ACFD\)和\(ABED\)是兩個全等的等腰梯形,\(BCFE\)是一個矩形。設\(A\)點在直線\(BC\)的投影為\(M\)且在平面\(BCFE\)的投影為\(P\)。已知\(\overline{AD}=30\) ,\(\overline{CF}=40\) ,\(\overline{AP}=15\)且\(\overline{BC}=10\) 。將線段\(\overline{AP}\)的\(n\)等分點沿著向量\(\overrightarrow{AP}\)的方向依序設為\(A = P_{0},P_{1},\cdots,P_{n – 1},P_{n}=P\) 。在每一個分段\(\overline{P_{k – 1}P_{k}}\) ,考慮以通過\(P_{k}\)的水平面與此積木所截的矩形為底、\(\overline{P_{k – 1}P_{k}}\)為高,所形成的長方體。請利用此切片方法寫下估計此積木體積的黎曼和(不需化簡),且以定積分形式表示此積木的體積並求其值。

[非選擇]
答案

黎曼和:\(\sum_{k = 1}^{n}(20\frac{15(k - 1)}{n}+\frac{4}{9}(\frac{15(k - 1)}{n})^{2})\frac{15}{n}\)。定積分形式:\(V=\int_{0}^{15}(20x+\frac{4}{9}x^{2})dx\) 。計算定積分:\(\int_{0}^{15}(20x+\frac{4}{9}x^{2})dx=(10x^{2}+\frac{4}{27}x^{3})\big|_{0}^{15}=10\times15^{2}+\frac{4}{27}\times15^{3}=2250 + 500 = 2750\) ,所以積木體積為\(2750\) 。


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111分科數學甲試題-15~17

考慮坐標平面上之向量\(\overrightarrow{a}\)、\(\overrightarrow{b}\)滿足\(|\overrightarrow{a}| + |\overrightarrow{b}| = 9\)以及\(|\overrightarrow{a} – \overrightarrow{b}| = 7\)。若令\(|\overrightarrow{a}| = x\),其中\(1 \lt x \lt 8\),且令\(\overrightarrow{a}\)、\(\overrightarrow{b}\)的夾角為\(\theta\),則利用向量\(\overrightarrow{a}\)、\(\overrightarrow{b}\)、\(\overrightarrow{a} – \overrightarrow{b}\)所形成的三角形,可將\(\cos\theta\)以x表示成\(\frac{c}{9x – x^2} + d\),其中c、d為常數且\(c \gt 0\)。令此表示式為\(f(x)\),且其定義域為\(\{x \mid 1 \lt x \lt 8\}\)。試回答下列問題:
15.求\(f(x)\)及其導函數。
16.說明\(f(x)\)在定義域中遞增、遞減的情況。並說明x為多少時\(\overrightarrow{a}\)、\(\overrightarrow{b}\)的夾角\(\theta\)最大。
17.利用\(f(x)\)的一次估計(一次近似),求當\(x = 4.96\)時,\(\cos\theta\)約為多少?

[非選擇]
答案

15. 求\(f(x)\)及其導函數已知\(|\vec{a}| = x\),則\(|\vec{b}| = 9 - x\)。由\(|\vec{a} - \vec{b}| = 7\),根據向量模長公式:\(7^2 = x^2 + (9 - x)^2 - 2x(9 - x)\cos\theta\)
展開整理得:\(49 = 2x^2 - 18x + 81 - 2x(9 - x)\cos\theta \implies \cos\theta = \frac{16}{9x - x^2} - 1\)
故\(f(x) = \frac{16}{9x - x^2} - 1\)。求導:\(f'(x) = \frac{16 \cdot (2x - 9)}{(9x - x^2)^2} = \frac{32x - 144}{(9x - x^2)^2}\)
16. \(f(x)\)的單調性與\(\theta\)最大值當\(1 < x < 4.5\),\(f'(x) < 0\),\(f(x)\)遞減;當\(4.5 < x < 8\),\(f'(x) > 0\),\(f(x)\)遞增。\(\cos\theta\)越小,\(\theta\)越大。\(f(x)\)在\(x = 4.5\)時取最小值,此時\(\cos\theta=-\frac{17}{81}\)最小,故\(x = 4.5\)時,\(\theta\)最大。17. 一次估計求\(\cos\theta\)取\(x_0 = 5\),計算:\(f(5) = \frac{16}{25} - 1 = -0.2, \quad f'(5) = \frac{16}{400} = 0.04\)
當\(x = 4.96\),\(\Delta x = -0.04\),線性近似:\(f(4.96) \approx f(5) + f'(5) \cdot (-0.04) = -0.2 - 0.0016 = -0.2016\)