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114學測數學A考科_06

坐標空間中有三個彼此互相垂直之向量 \(\overset{\rightharpoonup}{u}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{v}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{w}\)。已知 \(\overset{\rightharpoonup}{u}-\overset{\rightharpoonup}{v}=(2,-1,0)\),且 \(\overset{\rightharpoonup}{v}-\overset{\rightharpoonup}{w}=(-1,2,3)\)。試問由 \(\overset{\rightharpoonup}{u}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{v}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{w}\) 所張出的平行六面體之體積為何?
(1) \(2\sqrt{5}\) (2) \(5\sqrt{2}\) (3) \(2\sqrt{10}\) (4) \(4\sqrt{5}\) (5) \(4\sqrt{10}\)

答案

由三向量垂直,體積為 \(|\overset{\rightharpoonup}{u}||\overset{\rightharpoonup}{v}||\overset{\rightharpoonup}{w}|\)。
設 \(|\overset{\rightharpoonup}{u}|^2+|\overset{\rightharpoonup}{v}|^2+|\overset{\rightharpoonup}{w}|^2=15\),且由已知向量差求得各向量長平方:\(|\overset{\rightharpoonup}{u}|^2=1\),\(|\overset{\rightharpoonup}{v}|^2=4\),\(|\overset{\rightharpoonup}{w}|^2=10\)。
體積 \(=\sqrt{1\cdot4\cdot10}=2\sqrt{10}\),故選(3)。 報錯
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114學測數學A考科_14

坐標空間中,已知點 \(A\) 的坐標為 \((a, b, c)\),其中 \(a\),\(b\),\(c\) 皆為小於 0 的實數,且知點 \(A\) 與三平面 \(E_1: 4y+3z=2\)、\(E_2: 3y+4z=-5\)、\(E_3: x+2y+2z=-2\) 的距離都是 6,則 \(a+b+c=\) __________。

答案

由點到平面距離公式列出方程組:
\(\frac{|4b+3z-2|}{5}=6\),\(\frac{|3b+4z+5|}{5}=6\),\(\frac{|x+2y+2z+2|}{3}=6\)。
解得 \(a=-2\),\(b+c=-9\),故 \(a+b+c=-11\)。 報錯
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113學測數學A考科_02

如右圖,\( OABC – DEFG \) 為一正方體,試問向量外積 \( \overset{\rightharpoonup}{AD} \times \overset{\rightharpoonup}{AG} \) 與下列哪一個向量平行?
(1) \( \overset{\rightharpoonup}{AE} \)
(2) \( \overset{\rightharpoonup}{BE} \)
(3) \( \overset{\rightharpoonup}{CE} \)
(4) \( \overset{\rightharpoonup}{DE} \)
(5) \( \overset{\rightharpoonup}{OE} \)

答案

設坐標系 \(O(0,0,0)\), \(A(1,0,0)\), \(D(0,0,1)\), \(G(0,1,1)\),則 \(\overset{\rightharpoonup}{AD} = (-1,0,1)\), \(\overset{\rightharpoonup}{AG} = (-1,1,1)\)。
外積計算得 \((-1,0,-1)\),與 \(\overset{\rightharpoonup}{OE} = (1,0,1)\) 平行,故選(5)。 報錯
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113學測數學A考科_19

18-20 題為題組19. 已知空間中有一點 \( P(a, b, c) \) 滿足向量 \( \overset{\rightharpoonup}{OP} \) 與向量 \((1, 0, 0)\) 的夾角 \(\theta \leq \frac{\pi}{6}\)。試說明實數 \( a, b, c \) 滿足不等式 \( a^2 \geq 3(b^2 + c^2) \)。

答案

由 \(\cos \theta = \frac{a}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}} \geq \cos \frac{\pi}{6} = \frac{\sqrt{3}}{2}\),平方得 \(\frac{a^2}{a^2+b^2+c^2} \geq \frac{3}{4}\),整理得 \(a^2 \geq 3(b^2+c^2)\)。 報錯
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114分科測驗數學乙考科試卷-04

空間中有一個邊長為1的正立方體,點O為其中一個頂點,其餘7個頂點為A、B、C、D、E、F、G。已知\(\overline{OA}=\overline{AB}=\overline{BC}=\overline{CD}=\overline{DE}=\overline{EF}=\overline{FG}=1\)且\(\overline{OG}>1\),試選出距離點O最遠的頂點?
(1) C
(2) D
(3) E
(4) F
(5) G

答案

好的,我們先一步步推理。

---

## 1. 題意理解

題目說:
- 空間中有一個邊長為 1 的正立方體。
- 點 \( O \) 是其中一個頂點。
- 其餘 7 個頂點是 \( A, B, C, D, E, F, G \)。
- 已知 \( OA = AB = BC = CD = DE = EF = FG = 1 \) 且 \( OG > 1 \)。
- 問距離 \( O \) 最遠的頂點是哪一個。

這裡關鍵是:
\( OA, AB, BC, CD, DE, EF, FG \) 都是 1,表示這是一條沿立方體邊或空間折線的「路徑」,每一步長度為 1,且每一步都是立方體的某條邊。
但立方體邊長是 1,所以這路徑是沿立方體的邊走,每一步到相鄰頂點。

---

## 2. 建立立方體座標

設 \( O = (0,0,0) \)。
立方體頂點集合為:
\[
(0,0,0),\ (1,0,0),\ (0,1,0),\ (0,0,1),\ (1,1,0),\ (1,0,1),\ (0,1,1),\ (1,1,1)
\]
令 \( O = (0,0,0) \)。

---

## 3. 推測路徑

已知 \( OA = 1 \) → \( A \) 是與 \( O \) 相鄰的頂點,有三個可能:
\( (1,0,0) \)、\( (0,1,0) \)、\( (0,0,1) \)。

但題目還說 \( OG > 1 \),而 \( G \) 是最後一個頂點,如果 \( O \) 和 \( G \) 是立方體對角線,則 \( OG = \sqrt{3} \approx 1.732 > 1 \),所以 \( G \) 應該是 \( (1,1,1) \) 才對。
但 \( G \) 是路徑的最後一個頂點:
\( O \to A \to B \to C \to D \to E \to F \to G \),每一步是立方體的邊(長度 1)。

---

## 4. 檢查路徑唯一性

立方體是對稱的,但 \( OG > 1 \) 表示 \( G \) 與 \( O \) 不是同一點,也不是相鄰點(相鄰距離 1),也不是面對角線(距離 \(\sqrt{2}\) 也大於 1,但題目說 \( OG > 1 \) 其實包括 \(\sqrt{2}\) 和 \(\sqrt{3}\),但這裡可能是排除 \( OG=1 \) 的情況,所以 \( G \) 不是 \( O \) 的鄰點)。
但 \( G \) 是路徑最後一步 \( FG = 1 \) 到達的,所以 \( G \) 是 \( F \) 的鄰點。

---

如果 \( G = (1,1,1) \),那麼 \( F \) 必須是與 \( (1,1,1) \) 距離 1 的頂點,即 \( (1,1,0) \)、\( (1,0,1) \)、\( (0,1,1) \) 之一。

路徑 \( O \to A \to \dots \to F \to G \) 必須遍歷 8 個頂點各一次(因為是沿立方體邊的哈密頓路徑,且長度 7 條邊,正好訪問全部 8 個頂點一次)。
所以這是一個**哈密頓路徑**,起點 \( O \),終點 \( G \),且 \( OG > 1 \)。

## 5. 各頂點到 \( O \) 的距離

- \( O = (0,0,0) \)
- \( A = (1,0,0) \), 距離 \( 1 \)
- \( B = (1,1,0) \), 距離 \( \sqrt{2} \approx 1.414 \)
- \( C = (0,1,0) \), 距離 \( 1 \)
- \( D = (0,1,1) \), 距離 \( \sqrt{2} \)
- \( E = (0,0,1) \), 距離 \( 1 \)
- \( F = (1,0,1) \), 距離 \( \sqrt{2} \)
- \( G = (1,1,1) \), 距離 \( \sqrt{3} \approx 1.732 \)

顯然 \( G \) 最遠。

---

## 7. 答案

但題目選項是 (1) C (2) D (3) E (4) F (5) G。
最遠是 \( G \),所以選 (5)。

---

**最終答案:**
\[
\boxed{5}
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    114分科測驗數學甲試卷-02

    空間中一正立方體 \(ABCD-EFGH\),其中頂點 \(A、B、C、D\) 在同一平面上,且 \(\overline{AE}\) 為其中一個邊,如圖所示。下列選項中,試選出與平面 \(BGH\) 以及平面 \(CFE\) 皆垂直的平面?
    (1)平面 \(ADH\)
    (2)平面 \(BCD\)
    (3)平面 \(CDG\)
    (4)平面 \(DFG\)
    (5)平面 \(DFH\)

    答案

    (1)
    建立坐標系:
    \( A(0,1,0), B(1,1,0), C(1,0,0), D(0,0,0) \)
    \( E(0,1,1), F(1,1,1), G(1,0,1), H(0,0,1) \)
    平面 \(BGH\) 法向量:\(\vec{n}_1 = (0,1,1)\)
    平面 \(CFE\) 法向量:\(\vec{n}_2 = (0,1,-1)\)
    平面 \(ADH\) 法向量:\(\vec{n} = (1,0,0)\) 與 \(\vec{n}_1, \vec{n}_2\) 皆垂直 報錯
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    114分科測驗數學甲試卷-17

    問題17:令 \(V\) 為 \(\Gamma\) 繞 \(x\) 軸旋轉所得旋轉體的體積。試問對所有 \(a\in[-\frac{1}{2},1],V\) 是否都相等?若相等,求其值;若不相等,求 \(V\) 最大值及對應 \(a\)。

    答案

    1. 體積 \(V=\pi\int_{-1}^{1}[f(x)]^2dx=\pi\int_{-1}^{1}[9a^2x^4+6a(1-a)x^2+(1-a)^2]dx\);
    2. 計算得 \(V=\pi\left(\frac{18}{5}a^2+\frac{4}{3}a(1-a)+2(1-a)^2\right)\),與 \(a\) 有關;
    3. 化簡為二次函數,求 \(a\in[-\frac{1}{2},1]\) 最值,得 \(a=-\frac{1}{2}\) 時 \(V\) 最大,值為 \(\frac{49\pi}{15}\)。答案:不相等,\(a=-\frac{1}{2}\) 時最大值 \(\frac{49\pi}{15}\)","否 報錯
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    106指考數學甲試題-2)

    坐標空間中,\(O(0,0,0)\)為原點。平面\(z = h\)(其中\(0≤h≤1\))上有一以\((0,0,h)\)為圓心的圓,在此圓上依逆時針順序取8點構成正八邊形\(P_0P_1P_2P_3P_4P_5P_6P_7\),使得各線段\(\overline{OP_j}(0≤j≤7)\)的長度都是1。若\(V(h)\)為以\(O\)為頂點、正八邊形\(P_0P_1P_2P_3P_4P_5P_6P_7\)為底的正八角錐體積,試將\(V(h)\)表為\(h\)的函數(注:角錐體積\(=\frac{1}{3}\)底面積×高)。(2分)

    答案

    首先求正八邊形的面積。
    把正八邊形分割成8個等腰三角形,每個等腰三角形的頂角為\(\frac{360^{\circ}}{8}=45^{\circ}\),腰長為\(\sqrt{1 - h^{2}}\)(由\(\vert\overrightarrow{OP_j}\vert = 1\),利用勾股定理得到圓的半徑)。
    等腰三角形的面積\(S_{單個}=\frac{1}{2}r^2\sin\theta\)(\(r\)為腰長,\(\theta\)為頂角),所以每個等腰三角形面積\(S_{單個}=\frac{1}{2}(\sqrt{1 - h^{2}})^2\sin45^{\circ}=\frac{\sqrt{2}(1 - h^{2})}{4}\)。
    則正八邊形的面積\(S = 8\times\frac{\sqrt{2}(1 - h^{2})}{4}=2\sqrt{2}(1 - h^{2})\)。
    已知角錐體積\(V=\frac{1}{3}\)底面積×高,此正八角錐的高為\(h\),底面積為正八邊形面積\(S = 2\sqrt{2}(1 - h^{2})\)。
    所以\(V(h)=\frac{1}{3}\times2\sqrt{2}(1 - h^{2})h=\frac{2\sqrt{2}}{3}(h - h^{3})\)。 報錯
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    107指考數學甲試題-06

    坐標空間中,有\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)四個向量,滿足外積\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}=\overset{\rightharpoonup}{c}\),\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{c}=\overset{\rightharpoonup}{d}\),且\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)的向量長度均為4。設向量\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)與\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)的夾角為\(\theta\)(其中\(0\leq\theta\leq\pi\)),試選出正確的選項。
    (1)\(\cos\theta=\frac{1}{4}\)
    (2)\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)所張出的平行六面體的體積為16
    (3)\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)兩兩互相垂直
    (4)\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)的長度等於4
    (5)\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)與\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)的夾角等於\(\theta\)

    答案

    (1) 根据向量外积公式\(\vert\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}\vert=\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert\vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert\sin\theta\),已知\(\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert = \vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert = \vert\overset{\rightharpoonup}{c}\vert = 4\),且\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}=\overset{\rightharpoonup}{c}\),则\(\vert\overset{\rightharpoonup}{c}\vert=\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert\vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert\sin\theta\),即\(4 = 4×4×\sin\theta\),可得\(\sin\theta=\frac{1}{4}\)。又因为\(\sin^{2}\theta+\cos^{2}\theta = 1\),\(0\leq\theta\leq\pi\),所以\(\cos\theta=\pm\sqrt{1 - (\frac{1}{4})^{2}}=\pm\frac{\sqrt{15}}{4}\),(1)错误。
    (2) \(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)所张出的平行六面体的体积\(V=\vert(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b})\cdot\overset{\rightharpoonup}{c}\vert\),因为\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}=\overset{\rightharpoonup}{c}\),所以\(V=\vert\overset{\rightharpoonup}{c}\cdot\overset{\rightharpoonup}{c}\vert=\vert\overset{\rightharpoonup}{c}\vert^{2}=16\),(2)正确。
    (3) 因为\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{c}=\overset{\rightharpoonup}{d}\),所以\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)与\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)都垂直;又\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}=\overset{\rightharpoonup}{c}\),所以\(\overset{\rightharpoonup}{a}\perp\overset{\rightharpoonup}{c}\),因此\(\overset{\rightharpoonup}{a}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{c}\)、\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)两两互相垂直,(3)正确。
    (4) 由\(\vert\overset{\rightharpoonup}{d}\vert=\vert\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{c}\vert=\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert\vert\overset{\rightharpoonup}{c}\vert\sin\angle(\overset{\rightharpoonup}{a},\overset{\rightharpoonup}{c})\),因为\(\overset{\rightharpoonup}{a}\perp\overset{\rightharpoonup}{c}\),\(\sin\angle(\overset{\rightharpoonup}{a},\overset{\rightharpoonup}{c}) = 1\),\(\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert = \vert\overset{\rightharpoonup}{c}\vert = 4\),所以\(\vert\overset{\rightharpoonup}{d}\vert = 16\),(4)错误。
    (5) 计算\(\overset{\rightharpoonup}{b}\cdot\overset{\rightharpoonup}{d}=\overset{\rightharpoonup}{b}\cdot(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{c})\),根据向量混合积的性质\(\overset{\rightharpoonup}{b}\cdot(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{c})=\overset{\rightharpoonup}{a}\cdot(\overset{\rightharpoonup}{b}×\overset{\rightharpoonup}{c})\),又\(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}=\overset{\rightharpoonup}{c}\),则\(\overset{\rightharpoonup}{b}×\overset{\rightharpoonup}{c}=\overset{\rightharpoonup}{b}×(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b})\),根据向量积的运算规则\(\overset{\rightharpoonup}{b}×(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b})=(\overset{\rightharpoonup}{b}\cdot\overset{\rightharpoonup}{b})\overset{\rightharpoonup}{a}-(\overset{\rightharpoonup}{b}\cdot\overset{\rightharpoonup}{a})\overset{\rightharpoonup}{b}\)。
    \(\vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert = 4\),设\(\overset{\rightharpoonup}{a}\cdot\overset{\rightharpoonup}{b}=\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert\vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert\cos\theta = 16\cos\theta\),则\(\overset{\rightharpoonup}{b}×(\overset{\rightharpoonup}{a}×\overset{\rightharpoonup}{b}) = 16\overset{\rightharpoonup}{a}-16\cos\theta\overset{\rightharpoonup}{b}\),\(\overset{\rightharpoonup}{a}\cdot(\overset{\rightharpoonup}{b}×\overset{\rightharpoonup}{c})=\overset{\rightharpoonup}{a}\cdot(16\overset{\rightharpoonup}{a}-16\cos\theta\overset{\rightharpoonup}{b}) = 16\vert\overset{\rightharpoonup}{a}\vert^{2}-16\cos\theta\overset{\rightharpoonup}{a}\cdot\overset{\rightharpoonup}{b}=256 - 256\cos^{2}\theta\)。
    \(\vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert = 4\),\(\vert\overset{\rightharpoonup}{d}\vert = 16\),设\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)与\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)的夹角为\(\alpha\),\(\cos\alpha=\frac{\overset{\rightharpoonup}{b}\cdot\overset{\rightharpoonup}{d}}{\vert\overset{\rightharpoonup}{b}\vert\vert\overset{\rightharpoonup}{d}\vert}=\frac{256 - 256\cos^{2}\theta}{4×16}=4 - 4\cos^{2}\theta\neq\cos\theta\)(一般情况下),所以\(\overset{\rightharpoonup}{b}\)与\(\overset{\rightharpoonup}{d}\)的夹角不等于\(\theta\),(5)错误。
    答案为(2)(3)。 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)

    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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