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107指考數學甲試題-4)

坐標空間中有一個正立方體ABCDEFGH ,承(3),試求出G點的坐標。(4分)

[非選擇題]
答案

由(2)知\(\overrightarrow{AG}\)與平面BDE垂直,所以\(\overrightarrow{AG}\)平行於平面BDE的法向量\(\overrightarrow{n}=(2,2,-1)\)(平面2x + 2y - z = -7的法向量)。
設G點坐標為\((x,y,z)\),則\(\overrightarrow{AG}=(x - 2,y - 2,z - 6)\)。
因為\(\overrightarrow{AG}\)與\(\overrightarrow{n}=(2,2,-1)\)平行,所以\(\frac{x - 2}{2}=\frac{y - 2}{2}=\frac{z - 6}{-1}=k\)(k為常數),即\(x = 2k + 2\),\(y = 2k + 2\),\(z = -k + 6\)。
又由(3)知A點到平面BDE的距離是3,且G點到平面BDE的距離與A點到平面BDE的距離相等(正立方體性質)。
將G點坐標\((2k + 2,2k + 2,-k + 6)\)代入點到平面的距離公式\(d=\frac{\vert2(2k + 2)+2(2k + 2)-(-k + 6)+7\vert}{\sqrt{2^{2}+2^{2}+(-1)^{2}}}=3\)。
\(\frac{\vert4k + 4 + 4k + 4 + k - 6 + 7\vert}{3}=3\),\(\vert9k + 9\vert = 9\),即\(9k + 9 = 9\)或\(9k + 9 = -9\)。
解得\(k = 0\)或\(k = -2\),\(k = 0\)時不滿足G與A不重合,所以\(k = -2\)。
則\(x = 2\times(-2)+2=-2\),\(y = 2\times(-2)+2=-2\),\(z = -(-2)+6 = 8\)。
所以G點坐標為(-2,-2,8)。 報錯
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107指考數學甲試題-1)

坐標空間中有一個正立方體ABCDEFGH ,試證明A點到平面BDE的距離是對角線AG長度的三分之一。(4分)

[非選擇題]
答案

設正立方體的稜長為a。
以A為原點,分別以AB、AD、AE所在直線為x、y、z軸建立空間直角坐標系。
則A(0,0,0),B(a,0,0),D(0,a,0),E(0,0,a),G(a,a,a)。
可求得平面BDE的法向量\(\overrightarrow{n}\):
\(\overrightarrow{BD}=(-a,a,0)\),\(\overrightarrow{BE}=(-a,0,a)\)。
設\(\overrightarrow{n}=(x,y,z)\),由\(\overrightarrow{n}\cdot\overrightarrow{BD}=0\)且\(\overrightarrow{n}\cdot\overrightarrow{BE}=0\),可得\(\begin{cases}-ax + ay = 0\\-ax + az = 0\end{cases}\),令x = 1,解得y = 1,z = 1,所以\(\overrightarrow{n}=(1,1,1)\)。
\(\overrightarrow{AG}=(a,a,a)\),\(\vert\overrightarrow{AG}\vert=\sqrt{a^{2}+a^{2}+a^{2}}=\sqrt{3}a\)。
A點到平面BDE的距離\(d=\frac{\vert\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{n}\vert}{\vert\overrightarrow{n}\vert}\),\(\overrightarrow{AB}=(a,0,0)\),則\(d=\frac{\vert a\times1 + 0\times1 + 0\times1\vert}{\sqrt{1^{2}+1^{2}+1^{2}}}=\frac{a}{\sqrt{3}}\)。
所以A點到平面BDE的距離\(d=\frac{1}{3}\vert\overrightarrow{AG}\vert\),即A點到平面BDE的距離是對角線AG長度的三分之一。 報錯
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107指考數學甲試題-2)

坐標空間中有一個正立方體ABCDEFGH ,試證明向量\(\overrightarrow{AG}\)與平面BDE垂直。(2分)

[非選擇題]
答案

由(1)已求得平面BDE的法向量\(\overrightarrow{n}=(1,1,1)\),且\(\overrightarrow{AG}=(a,a,a)\)。
可發現\(\overrightarrow{AG}=a(1,1,1)=a\overrightarrow{n}\),即\(\overrightarrow{AG}\)與平面BDE的法向量\(\overrightarrow{n}\)平行。
根據向量與平面垂直的判定,如果一個向量與一個平面的法向量平行,那麼這個向量與該平面垂直。
所以向量\(\overrightarrow{AG}\)與平面BDE垂直。 報錯
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107指考數學甲試題-3)

坐標空間中有一個正立方體ABCDEFGH ,如果知道平面BDE的方程式為2x + 2y – z = -7,且A點坐標為(2,2,6),試求出A點到平面BDE的距離。(2分)

[非選擇題]
答案

根據點\((x_0,y_0,z_0)\)到平面Ax + By + Cz + D = 0的距離公式\(d=\frac{\vert Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D\vert}{\sqrt{A^{2}+B^{2}+C^{2}}}\)。
對於平面2x + 2y - z = -7,即2x + 2y - z + 7 = 0,A(2,2,6)。
則A點到平面BDE的距離\(d=\frac{\vert2\times2 + 2\times2 - 6 + 7\vert}{\sqrt{2^{2}+2^{2}+(-1)^{2}}}=\frac{\vert4 + 4 - 6 + 7\vert}{\sqrt{4 + 4 + 1}}=\frac{9}{3}=3\)。 報錯
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107指考數學甲試題-4)

坐標空間中有一個正立方體ABCDEFGH ,承(3),試求出G點的坐標。(4分)

[非選擇題]
答案

由(2)知\(\overrightarrow{AG}\)與平面BDE垂直,所以\(\overrightarrow{AG}\)平行於平面BDE的法向量\(\overrightarrow{n}=(2,2,-1)\)(平面2x + 2y - z = -7的法向量)。
設G點坐標為\((x,y,z)\),則\(\overrightarrow{AG}=(x - 2,y - 2,z - 6)\)。
因為\(\overrightarrow{AG}\)與\(\overrightarrow{n}=(2,2,-1)\)平行,所以\(\frac{x - 2}{2}=\frac{y - 2}{2}=\frac{z - 6}{-1}=k\)(k為常數),即\(x = 2k + 2\),\(y = 2k + 2\),\(z = -k + 6\)。
又由(3)知A點到平面BDE的距離是3,且G點到平面BDE的距離與A點到平面BDE的距離相等(正立方體性質)。
將G點坐標\((2k + 2,2k + 2,-k + 6)\)代入點到平面的距離公式\(d=\frac{\vert2(2k + 2)+2(2k + 2)-(-k + 6)+7\vert}{\sqrt{2^{2}+2^{2}+(-1)^{2}}}=3\)。
\(\frac{\vert4k + 4 + 4k + 4 + k - 6 + 7\vert}{3}=3\),\(\vert9k + 9\vert = 9\),即\(9k + 9 = 9\)或\(9k + 9 = -9\)。
解得\(k = 0\)或\(k = -2\),\(k = 0\)時不滿足G與A不重合,所以\(k = -2\)。
則\(x = 2\times(-2)+2=-2\),\(y = 2\times(-2)+2=-2\),\(z = -(-2)+6 = 8\)。
所以G點坐標為(-2,-2,8)。 報錯
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108指考數學甲試題-01

某公司尾牙舉辦「紅包大放送」活動。每位員工擲兩枚均勻銅板一次,若出現兩個反面可得獎金400元;若出現一正一反可得獎金800元;若出現兩個正面可得獎金800元並且獲得再擲一次的機會,其獲得獎金規則與前述相同,但不再有繼續投擲銅板的機會(也就是說每位員工最多有兩次擲銅板的機會)。試問每位參加活動的員工可獲得獎金的期望值為何?
(1)850元
(2)875元
(3)900元
(4)925元
(5)950元

[單選題]
答案

擲兩枚銅板,共有\(4\)種等可能結果:正正、正反、反正、反反。
\(P\)(兩個反面)\(=\frac{1}{4}\),此時獎金\(400\)元;\(P\)(一正一反)\(=\frac{2}{4}=\frac{1}{2}\),此時獎金\(800\)元;\(P\)(兩個正面)\(=\frac{1}{4}\) 。
若第一次擲出兩個正面,第二次擲銅板:
\(P\)(第二次擲出兩個反面)\(=\frac{1}{4}\),獎金為\(800 + 400 = 1200\)元;\(P\)(第二次擲出一正一反)\(=\frac{1}{2}\),獎金為\(800 + 800 = 1600\)元;\(P\)(第二次擲出兩個正面)\(=\frac{1}{4}\),獎金為\(800 + 800 = 1600\)元。
獎金期望值\(E = 400\times\frac{1}{4}+800\times\frac{1}{2}+\frac{1}{4}\times(\frac{1}{4}\times1200+\frac{1}{2}\times1600+\frac{1}{4}\times1600)\)
\(=100 + 400+\frac{1}{4}(300 + 800 + 400)=100 + 400 + 375 = 875\)元。
答案為(2)。 報錯
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108指考數學甲試題-02

設\(n\)為正整數。第\(n\)個費馬數(Fermat Number )定義為\(F_{n}=2^{(2^{n})}+1\),例如\(F_{1}=2^{(2^{1})}+1=2^{2}+1 = 5\),\(F_{2}=2^{(2^{2})}+1=2^{4}+1 = 17\)。試問\(\frac{F_{13}}{F_{12}}\)的整數部分以十進位表示時,其位數最接近下列哪一個選項?(\(\log 2 ≈0.3010\) )
(1)120
(2)240
(3)600
(4)900
(5)1200

[單選題]
答案

已知\(F_{n}=2^{(2^{n})}+1\),則\(\frac{F_{13}}{F_{12}}=\frac{2^{2^{13}} + 1}{2^{2^{12}}+1}\)。
因為\(2^{2^{13}}=2^{2^{12}\times2}=(2^{2^{12}})^2\),當\(x\)很大時,\(\frac{2^{2^{13}} + 1}{2^{2^{12}}+1}\approx\frac{2^{2^{13}}}{2^{2^{12}}}=2^{2^{13}-2^{12}}=2^{2^{12}(2 - 1)}=2^{2^{12}}\)。
設\(N = 2^{2^{12}}\),對其取常用對數\(\log N=\log(2^{2^{12}})=2^{12}\log 2\)。
\(2^{12}=4096\),\(\log N = 4096\times0.3010\approx1233\)。
根據數的位數公式,若\(\log N = n + d\)(\(n\)為整數,\(0\leq d<1\)),則\(N\)的位數是\(n + 1\),所以\(2^{2^{12}}\)的位數約為\(1233 + 1 = 1234\),最接近1200。 答案為(5)。 報錯
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108指考數學甲試題-03

在一座尖塔的正南方地面某點A,測得塔頂的仰角為14°;又在此尖塔正東方地面某點B,測得塔頂的仰角為18°30’,且A、B兩點距離為65公尺。已知當在線段\(\overline{AB}\)上移動時,在C點測得塔頂的仰角為最大,則C點到塔底的距離最接近下列哪一個選項?(\(\cot14^{\circ}≈4.01\),\(\cot18^{\circ}30’≈2.99\) )
(1)27公尺
(2)29公尺
(3)31公尺
(4)33公尺
(5)35公尺

[單選題]
答案

設塔高為\(h\),塔底為\(O\)點。在\(Rt\triangle AOC\)中,\(\cot14^{\circ}=\frac{AO}{h}\),所以\(AO = h\cot14^{\circ}\);在\(Rt\triangle BOC\)中,\(\cot18^{\circ}30'=\frac{BO}{h}\),所以\(BO = h\cot18^{\circ}30'\)。
在\(\triangle AOB\)中,\(\angle AOB = 90^{\circ}\),根據勾股定理\(AB^{2}=AO^{2}+BO^{2}\),已知\(AB = 65\),則\(65^{2}=h^{2}\cot^{2}14^{\circ}+h^{2}\cot^{2}18^{\circ}30'\)。
\(h^{2}=\frac{65^{2}}{\cot^{2}14^{\circ}+\cot^{2}18^{\circ}30'}=\frac{65^{2}}{4.01^{2}+2.99^{2}}=\frac{4225}{16.0801 + 8.9401}=\frac{4225}{25.0202}\)。
當在線段\(\overline{AB}\)上的\(C\)點測得塔頂仰角最大時,此時\(OC\perp AB\)。
由三角形面積公式可得\(S_{\triangle AOB}=\frac{1}{2}AO\cdot BO=\frac{1}{2}AB\cdot OC\),即\(OC=\frac{AO\cdot BO}{AB}\)。
\(AO\cdot BO = h^{2}\cot14^{\circ}\cot18^{\circ}30'\),所以\(OC=\frac{h^{2}\cot14^{\circ}\cot18^{\circ}30'}{AB}\)。
把\(h^{2}=\frac{4225}{25.0202}\),\(\cot14^{\circ}≈4.01\),\(\cot18^{\circ}30'≈2.99\),\(AB = 65\)代入可得:
\(OC=\frac{\frac{4225}{25.0202}\times4.01\times2.99}{65}\)
\(=\frac{4225\times4.01\times2.99}{25.0202\times65}\)
\(=\frac{4225\times11.9899}{1626.313}\)
\(\approx\frac{4225\times12}{1626.313}=\frac{50700}{1626.313}\approx31\)(公尺)。
答案為(3)。 報錯
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108指考數學甲試題-04

設Γ為坐標平面上通過(7,0)與\((0,\frac{7}{2})\)兩點的圓。試選出正確的選項。
(1)Γ的半徑大於或等於5
(2)當Γ的半徑達到最小可能值時,Γ通過原點
(3)Γ與直線\(x + 2y = 6\)有交點
(4)Γ的圓心不可能在第四象限
(5)若Γ的圓心在第三象限,則Γ的半徑大於8

[多選題]
答案

設圓心坐標為\((m,n)\),半徑為\(r\)。
兩點間距離公式可得兩點距離\(d=\sqrt{(7 - 0)^2+(0 - \frac{7}{2})^2}=\frac{7\sqrt{5}}{2}\),所以圓半徑\(r\geq\frac{7\sqrt{5}}{4}<5\),(1)錯誤。 當半徑最小時,圓心是兩點所連線段中垂線的交點,經計算此時圓不經過原點,(2)錯誤。 直線\(x + 2y = 6\),即\(x = 6 - 2y\),代入圓的方程,判斷方程有解,所以Γ與直線有交點,(3)正確。 圓心\((m,n)\),若在第四象限則\(m>0\)且\(n<0\),由圓的性質可知存在這樣的圓心,(4)錯誤。 若圓心在第三象限,\(m<0\)且\(n<0\),由圓心到兩點距離公式可知半徑\(r^2=(m - 7)^2 + n^2\),計算可得\(r>8\),(5)正確。答案為(3)(5)。 報錯
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108指考數學甲試題-05

袋中有2顆紅球、3顆白球與1顆藍球,其大小皆相同。今將袋中的球逐次取出,每次隨機取出一顆,取後不放回,直到所有球被取出為止。試選出正確的選項。
(1)「取出的第一顆為紅球」的機率等於「取出的第二顆為紅球」的機率
(2)「取出的第一顆為紅球」與「取出的第二顆為紅球」兩者為獨立事件
(3)「取出的第一顆為紅球」與「取出的第二顆為白球或藍球」兩者為互斥事件
(4)「取出的第一、二顆皆為紅球」的機率等於「取出的第一、二顆皆為白球」的機率
(5)「取出的前三顆皆為白球」的機率小於「取出的前三顆球顏色皆相異」的機率

[多選題]
答案

(1) “取出的第一顆為紅球”的概率為\(\frac{2}{2 + 3 + 1}=\frac{1}{3}\) 。
“取出的第二顆為紅球”分兩種情況:若第一顆是紅球,概率為\(\frac{2}{6}×\frac{1}{5}\);若第一顆不是紅球,概率為\(\frac{4}{6}×\frac{2}{5}\),則“取出的第二顆為紅球”的概率為\(\frac{2}{6}×\frac{1}{5}+\frac{4}{6}×\frac{2}{5}=\frac{1}{3}\),二者相等,(1)正確。
(2) 因為第一次取球的結果會影響第二次取球時袋中球的情況,所以“取出的第一顆為紅球”與“取出的第二顆為紅球”不是獨立事件,(2)錯誤。
(3) 當第一次取出紅球時,第二次仍有可能取出白球或藍球,所以這兩個事件不是互斥事件,(3)錯誤。
(4) “取出的第一、二顆皆為紅球”的概率是\(\frac{2}{6}×\frac{1}{5}=\frac{1}{15}\),“取出的第一、二顆皆為白球”的概率是\(\frac{3}{6}×\frac{2}{5}=\frac{1}{5}\),二者不相等,(4)錯誤。
(5) “取出的前三顆皆為白球”的概率為\(\frac{3}{6}×\frac{2}{5}×\frac{1}{4}=\frac{1}{20}\)。
“取出的前三顆球顏色皆相異”的概率為\(\frac{2}{6}×\frac{3}{5}×\frac{1}{4}+\frac{2}{6}×\frac{1}{5}×\frac{3}{4}+\frac{3}{6}×\frac{2}{5}×\frac{1}{4}+\frac{3}{6}×\frac{1}{5}×\frac{2}{4}+\frac{1}{6}×\frac{2}{5}×\frac{3}{4}+\frac{1}{6}×\frac{3}{5}×\frac{2}{4}=\frac{1}{5}\),所以“取出的前三顆皆為白球”的概率小於“取出的前三顆球顏色皆相異”的概率,(5)正確。
答案為(1)(5)。 報錯
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