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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2023 November Paper 11 Q8

A Level / CIE / P1

CIE 9709 2023 Nov Paper 11 Paper · Question 8

题目

Problem

The diagram shows the curves with equations y=2(2x−3)4y=2(2x-3)^4 and y=(2x−3)2+1y=(2x-3)^2+1 meeting at points AA and BB.

(a) By using the substitution u=2x−3u=2x-3 find, by calculation, the coordinates of AA and BB.

(4)

(b) Find the exact area of the shaded region.

(5)
题目中文翻译

图中所示的曲线 y=2(2x−3)4y=2(2x-3)^4 和 y=(2x−3)2+1y=(2x-3)^2+1 相交于点 AA 和 BB。

(a) 使用代换 u=2x−3u=2x-3,通过计算求出点 AA 和 BB 的坐标。

(4)

(b) 求阴影区域面积的精确值。

(5)
原卷通用作答要求

Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.

You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.

Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.

请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。

解答

(a)

解法一

思路

展开

按题意设 u=2x−3u=2x-3。交点方程是关于 u2u^2 的二次方程,只有非负的 u2u^2 可以保留。

答题过程

展开

Equating the heights gives 2u4=u2+12u^4=u^2+1, or

(2u2+1)(u2−1)=0.(2u^2+1)(u^2-1)=0.

Hence u=−1u=-1 or 11, giving x=1x=1 or 22. The common height is 22, so A=(1,2)A=(1,2) and B=(2,2)B=(2,2).

(b)

解法一

思路

展开

从图中判定上方曲线,用上下两条曲线的纵坐标之差积分。保留 2x−32x-3 的形式直接求原函数。

答题过程

展开

The shaded area is

 ∫12((2x−3)2+1−2(2x−3)4) dx= [(2x−3)36+x−(2x−3)55]12= 13+1−25=1415.\begin{align*} &\,\int_1^2\bigl((2x-3)^2+1-2(2x-3)^4\bigr)\,\mathrm{d}x\\ =&\,\Big[\frac{(2x-3)^3}{6}+x-\frac{(2x-3)^5}{5}\Big]_1^2\\ =&\,\frac13+1-\frac25=\frac{14}{15}. \end{align*}

解法二

思路

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也可以沿用 (a) 的代换。记得把积分端点和微分同时改成新变量。

答题过程

展开

With u=2x−3u=2x-3, we have dx=12du\mathrm{d}x=\tfrac12\mathrm{d}u and the endpoints are −1-1 and 11. Thus

 12∫−11(u2+1−2u4) du= ∫01(u2+1−2u4) du= [u33+u−2u55]01= 1415,\begin{align*} &\,\frac12\int_{-1}^1(u^2+1-2u^4)\,\mathrm{d}u\\ =&\,\int_0^1(u^2+1-2u^4)\,\mathrm{d}u\\ =&\,\Big[\frac{u^3}{3}+u-\frac{2u^5}{5}\Big]_0^1\\ =&\,\frac{14}{15}, \end{align*}

where the second equality uses the even integrand.