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108指考數學甲試題-1)

坐標空間中以\(o\)表示原點,給定兩向量\(\overrightarrow{OA}=(1,\sqrt{2},1)\)、\(\overrightarrow{OB}=(2,0,0)\)。試回答下列問題。
若\(\overrightarrow{OP}\)是長度為2的向量,且與\(\overrightarrow{OA}\)之夾角為\(60^{\circ}\),試求向量\(\overrightarrow{OA}\)與\(\overrightarrow{OP}\)的內積。(2分)

[非選擇題]
答案

根據向量內積公式\(\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{b}=\vert\overrightarrow{a}\vert\vert\overrightarrow{b}\vert\cos\theta\)(其中\(\theta\)為\(\overrightarrow{a}\)與\(\overrightarrow{b}\)的夾角)。
已知\(\vert\overrightarrow{OP}\vert = 2\),\(\vert\overrightarrow{OA}\vert=\sqrt{1^{2}+(\sqrt{2})^{2}+1^{2}}=\sqrt{4}=2\),\(\theta = 60^{\circ}\)。
所以\(\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OP}=\vert\overrightarrow{OA}\vert\vert\overrightarrow{OP}\vert\cos60^{\circ}=2\times2\times\frac{1}{2}=2\)。 報錯
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108指考數學甲試題-2)

坐標空間中以\(o\)表示原點,給定兩向量\(\overrightarrow{OA}=(1,\sqrt{2},1)\)、\(\overrightarrow{OB}=(2,0,0)\)。試回答下列問題。
承(1),已知滿足此條件的所有點\(P\)均落在一平面\(E\)上,試求平面\(E\)的方程式。(2分)

[非選擇題]
答案

設\(P(x,y,z)\),\(\overrightarrow{OP}=(x,y,z)\),由(1)知\(\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OP}=2\),且\(\overrightarrow{OA}=(1,\sqrt{2},1)\)。
所以\(\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OP}=x+\sqrt{2}y + z = 2\)。
故平面\(E\)的方程式為\(x+\sqrt{2}y + z - 2 = 0\)。 報錯
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108指考數學甲試題-3)

坐標空間中以\(o\)表示原點,給定兩向量\(\overrightarrow{OA}=(1,\sqrt{2},1)\)、\(\overrightarrow{OB}=(2,0,0)\)。試回答下列問題。
若\(\overrightarrow{OQ}\)是長度為2的向量,分別與\(\overrightarrow{OA}\)、\(\overrightarrow{OB}\)之夾角皆為\(60^{\circ}\),已知滿足此條件的所有點\(Q\)均落在一直線\(L\)上,試求直線\(L\)的方向向量。(4分)

[非選擇題]
答案

設\(\overrightarrow{OQ}=(x,y,z)\),\(\vert\overrightarrow{OQ}\vert = 2\),則\(x^{2}+y^{2}+z^{2}=4\)。
由\(\overrightarrow{OQ}\)與\(\overrightarrow{OA}\)夾角為\(60^{\circ}\),根據向量內積公式\(\overrightarrow{OQ}\cdot\overrightarrow{OA}=\vert\overrightarrow{OQ}\vert\vert\overrightarrow{OA}\vert\cos60^{\circ}\),\(\vert\overrightarrow{OA}\vert = 2\),可得\(\overrightarrow{OQ}\cdot\overrightarrow{OA}=x+\sqrt{2}y + z = 2\times2\times\frac{1}{2}=2\) ①。
由\(\overrightarrow{OQ}\)與\(\overrightarrow{OB}\)夾角為\(60^{\circ}\),\(\vert\overrightarrow{OB}\vert = 2\),可得\(\overrightarrow{OQ}\cdot\overrightarrow{OB}=2x=2\times2\times\frac{1}{2}=2\),解得\(x = 1\)。
把\(x = 1\)代入①式得:\(1+\sqrt{2}y + z = 2\),即\(z = 1-\sqrt{2}y\)。
將\(x = 1\),\(z = 1-\sqrt{2}y\)代入\(x^{2}+y^{2}+z^{2}=4\)得:\(1 + y^{2}+(1-\sqrt{2}y)^{2}=4\),
展開得:\(1 + y^{2}+1 - 2\sqrt{2}y + 2y^{2}=4\),
整理得:\(3y^{2}-2\sqrt{2}y - 2 = 0\),
分解因式得:\((\sqrt{3}y+\sqrt{2})(\sqrt{3}y-\sqrt{2}) = 0\),
解得\(y_1=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\),\(y_2=-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\)。
當\(y=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\)時,\(z = 1-\frac{2}{\sqrt{3}}\);當\(y=-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\)時,\(z = 1+\frac{2}{\sqrt{3}}\)。
設直線\(L\)的方向向量為\(\overrightarrow{d}=(m,n,p)\),取\(Q_1(1,\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}},1-\frac{2}{\sqrt{3}})\),\(Q_2(1,-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}},1+\frac{2}{\sqrt{3}})\),
則\(\overrightarrow{d}=\overrightarrow{Q_1Q_2}=(0,-\frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{3}},\frac{4}{\sqrt{3}})\),化簡得\(\overrightarrow{d}=(0,-\sqrt{2},2)\)(方向向量不唯一,與之平行的向量均可)。 報錯
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108指考數學甲試題-4)

坐標空間中以\(o\)表示原點,給定兩向量\(\overrightarrow{OA}=(1,\sqrt{2},1)\)、\(\overrightarrow{OB}=(2,0,0)\)。若\(\overrightarrow{OQ}\)是長度為2的向量,分別與\(\overrightarrow{OA}\)、\(\overrightarrow{OB}\)之夾角皆為\(60^{\circ}\),已知滿足此條件的所有點\(Q\)均落在一直線\(L\)上。承(3),試求出滿足條件的所有\(Q\)點之坐標。(4分)

[非選擇題]
答案

由(3)可知直線\(L\)的方向向量\(\overrightarrow{d}=(0,-\sqrt{2},2)\),可設直線\(L\)的參數方程為\(\begin{cases}x = x_0 + 0t\\y = y_0-\sqrt{2}t\\z = z_0 + 2t\end{cases}\)(\(t\)為參數)。
又因為直線\(L\)上的點到原點距離為2(\(\vert\overrightarrow{OQ}\vert = 2\)),且\(\overrightarrow{OQ}\)與\(\overrightarrow{OA}\)、\(\overrightarrow{OB}\)夾角為\(60^{\circ}\) ,在(3)中已求得\(x = 1\),所以直線\(L\)的參數方程可寫為\(\begin{cases}x = 1\\y = y_0-\sqrt{2}t\\z = z_0 + 2t\end{cases}\)。
由\(\vert\overrightarrow{OQ}\vert = 2\),根據向量模長公式\(\vert\overrightarrow{OQ}\vert=\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}} = 2\),將\(x = 1\)代入可得\(1 + y^{2}+z^{2}=4\),即\(y^{2}+z^{2}=3\)。
把\(y = y_0-\sqrt{2}t\),\(z = z_0 + 2t\)代入\(y^{2}+z^{2}=3\)得\((y_0-\sqrt{2}t)^{2}+(z_0 + 2t)^{2}=3\)。
又由\(\overrightarrow{OQ}\cdot\overrightarrow{OA}=2\)(\(\overrightarrow{OQ}=(x,y,z)\),\(\overrightarrow{OA}=(1,\sqrt{2},1)\))可得\(x+\sqrt{2}y + z = 2\),把\(x = 1\)代入得\(\sqrt{2}y + z = 1\),即\(z = 1-\sqrt{2}y\)。
再由\(\overrightarrow{OQ}\cdot\overrightarrow{OB}=2\)(\(\overrightarrow{OB}=(2,0,0)\))可得\(2x = 2\),所以\(x = 1\)。
將\(z = 1-\sqrt{2}y\)代入\(y^{2}+z^{2}=3\)得\(y^{2}+(1-\sqrt{2}y)^{2}=3\),展開得\(y^{2}+1 - 2\sqrt{2}y + 2y^{2}=3\),整理得\(3y^{2}-2\sqrt{2}y - 2 = 0\)。
因式分解得\((\sqrt{3}y+\sqrt{2})(\sqrt{3}y - \sqrt{2}) = 0\),解得\(y_1=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\),\(y_2=-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\)。
當\(y=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\)時,\(z = 1-\frac{2}{\sqrt{3}}\);當\(y = -\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\)時,\(z = 1+\frac{2}{\sqrt{3}}\)。
所以\(Q\)點坐標為\((1,\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}},1 - \frac{2}{\sqrt{3}})\)和\((1,-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}},1+\frac{2}{\sqrt{3}})\) ,化簡為\((1,\frac{\sqrt{6}}{3},\frac{\sqrt{3}-2}{\sqrt{3}})\)和\((1,-\frac{\sqrt{6}}{3},\frac{\sqrt{3}+2}{\sqrt{3}})\),即\((1,\frac{\sqrt{6}}{3},1-\frac{2\sqrt{3}}{3})\)和\((1,-\frac{\sqrt{6}}{3},1+\frac{2\sqrt{3}}{3})\)。 報錯
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108指考數學甲試題-1)

設\(f(x)\)為實係數多項式函數,且\(xf(x)=3x^{4}-2x^{3}+x^{2}+\int_{1}^{x}f(t)dt\)(\(x\geq1\))。試求\(f(1)\) 。(2分)

[非選擇題]
答案

令\(x = 1\),代入\(xf(x)=3x^{4}-2x^{3}+x^{2}+\int_{1}^{x}f(t)dt\)可得:
\(1\times f(1)=3\times1^{4}-2\times1^{3}+1^{2}+\int_{1}^{1}f(t)dt\)。
因為\(\int_{1}^{1}f(t)dt = 0\),所以\(f(1)=3 - 2 + 1=2\)。 報錯
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108指考數學甲試題-2)

設\(f(x)\)為實係數多項式函數,且\(xf(x)=3x^{4}-2x^{3}+x^{2}+\int_{1}^{x}f(t)dt\)(\(x\geq1\))。試求\(f'(x)\) 。(4分)

[非選擇題]
答案

對\(xf(x)=3x^{4}-2x^{3}+x^{2}+\int_{1}^{x}f(t)dt\)兩邊求導。
根據乘積求導法則\((uv)^\prime = u^\prime v + uv^\prime\),左邊求導得\(f(x)+xf'(x)\)。
右邊求導,\((3x^{4}-2x^{3}+x^{2})^\prime=12x^{3}-6x^{2}+2x\) ,\((\int_{1}^{x}f(t)dt)^\prime=f(x)\)。
所以\(f(x)+xf'(x)=12x^{3}-6x^{2}+2x + f(x)\)。
移項可得\(xf'(x)=12x^{3}-6x^{2}+2x\),兩邊同時除以\(x\)(\(x\geq1\)),得到\(f'(x)=12x^{2}-6x + 2\)。 報錯
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108指考數學甲試題-3)

設\(f(x)\)為實係數多項式函數,且\(xf(x)=3x^{4}-2x^{3}+x^{2}+\int_{1}^{x}f(t)dt\)(\(x\geq1\))。試求\(f(x)\) 。(2分)

[非選擇題]
答案

由(2)知\(f'(x)=12x^{2}-6x + 2\),對\(f'(x)\)積分求\(f(x)\)。
\(f(x)=\int(12x^{2}-6x + 2)dx = 4x^{3}-3x^{2}+2x + C\)。
由(1)知\(f(1)=2\),把\(x = 1\)代入\(f(x)=4x^{3}-3x^{2}+2x + C\)得\(4 - 3 + 2 + C = 2\),解得\(C=-1\)。
所以\(f(x)=4x^{3}-3x^{2}+2x - 1\)。 報錯
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108指考數學甲試題-4)

設\(f(x)\)為實係數多項式函數,且\(xf(x)=3x^{4}-2x^{3}+x^{2}+\int_{1}^{x}f(t)dt\)(\(x\geq1\))。試證明恰有一個大於1的正實數\(a\)滿足\(\int_{0}^{a}f(x)dx = 1\)。(4分)

[非選擇題]
答案

由(3)知\(f(x)=4x^{3}-3x^{2}+2x - 1\),則\(\int_{0}^{a}f(x)dx=\int_{0}^{a}(4x^{3}-3x^{2}+2x - 1)dx\)。
\(\int_{0}^{a}(4x^{3}-3x^{2}+2x - 1)dx=(x^{4}-x^{3}+x^{2}-x)\big|_{0}^{a}=a^{4}-a^{3}+a^{2}-a\)。
令\(g(a)=a^{4}-a^{3}+a^{2}-a - 1\)(\(a>1\))。
對\(g(a)\)求導得\(g'(a)=4a^{3}-3a^{2}+2a - 1\)。
當\(a>1\)時,\(4a^{3}-3a^{2}+2a - 1=a^{2}(4a - 3)+2a - 1>0\),所以\(g(a)\)在\((1,+\infty)\)上單調遞增。
又\(g(1)=1^{4}-1^{3}+1^{2}-1 - 1=-1<0\) ,\(\lim_{a\rightarrow+\infty}g(a)=+\infty\)。 根據零點存在定理,在單調遞增函數中,當函數在某區間兩端點函數值異號時,函數在該區間內有且只有一個零點。 所以恰有一個大於1的正實數\(a\),使得\(g(a)=0\),即恰有一個大於1的正實數\(a\)滿足\(\int_{0}^{a}f(x)dx = 1\)。 報錯
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109指考數學甲(補考)試題-01

考慮兩個函數\(f(x)= \begin{cases}1 + x, & x \leq1 \\ 1, & x>1\end{cases}\)、\(g(x)= \begin{cases}1, & x \leq1 \\ 3 – x, & x>1\end{cases}\)。關於函數的極限,試選出正確的選項。
(1)\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\)存在、\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\)存在、\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x))\)存在
(2)\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\)存在、\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\)不存在、\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x))\)不存在
(3)\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\)不存在、\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\)存在、\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x))\)不存在
(4)\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\)不存在、\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\)不存在、\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x))\)存在
(5)\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\)不存在、\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\)不存在、\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x))\)不存在

[單選題]
答案

首先求\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\):
\(\lim\limits_{x \to 1^{-}} f(x)=\lim\limits_{x \to 1^{-}}(1 + x)=1 + 1 = 2\),\(\lim\limits_{x \to 1^{+}} f(x)=1\),左右極限不相等,所以\(\lim\limits_{x \to 1} f(x)\)不存在。
再求\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\):\(\lim\limits_{x \to 1^{-}} g(x)=1\),\(\lim\limits_{x \to 1^{+}} g(x)=\lim\limits_{x \to 1^{+}}(3 - x)=3 - 1 = 2\),左右極限不相等,所以\(\lim\limits_{x \to 1} g(x)\)不存在。
然後求\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x))\):\(\lim\limits_{x \to 1^{-}}(f(x)+g(x))=\lim\limits_{x \to 1^{-}}(1 + x + 1)=\lim\limits_{x \to 1^{-}}(x + 2)=3\),\(\lim\limits_{x \to 1^{+}}(f(x)+g(x))=\lim\limits_{x \to 1^{+}}(1 + 3 - x)=\lim\limits_{x \to 1^{+}}(4 - x)=3\),左右極限相等,所以\(\lim\limits_{x \to 1}(f(x)+g(x)) = 3\)存在。
答案為(4)。 報錯
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109指考數學甲(補考)試題-02

某質點在數線上移動,已知其位置坐標為\(s(t)=\int_{0}^{t}(-x^{2}+6x)dx\),其中\(t\)表時間且\(0 \leq t \leq10\)。若此質點的速度在時段\(0 \leq t < a\)遞增,且在時段\(a < t \leq10\)遞減,試選出正確的\(a\)值。 (1)3 (2)4 (3)5 (4)6 (5)7

[單選題]
答案

首先,根據微積分基本定理,速度\(v(t)=s'(t)=-t^{2}+6t\)。
對\(v(t)\)求導得\(v'(t)=-2t + 6\)。
令\(v'(t)=0\),即\(-2t + 6 = 0\),解得\(t = 3\)。
當\(v'(t)>0\)時,\(-2t + 6>0\),解得\(t < 3\),此時速度\(v(t)\)遞增; 當\(v'(t)<0\)時,\(-2t + 6<0\),解得\(t>3\),此時速度\(v(t)\)遞減。
所以\(a = 3\),答案為(1)。 報錯
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