Skip to content
CalcGospel 國際數學圖譜
返回

CIE 9709 2023 March Paper 32 Q11

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2023 March Paper 32 Paper · Question 11

题目

Problem

Let f(x)=5x2+x+11(4+x2)(1+x)\mathrm{f}(x)=\dfrac{5x^2+x+11}{(4+x^2)(1+x)}.

(a) Express f(x)\mathrm{f}(x) in partial fractions.

(5)

(b) Hence show that ∫02f(x) dx=ln⁡54−18π\displaystyle\int_0^2\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x=\ln54-\frac18\pi.

(5)
题目中文翻译

设 f(x)=5x2+x+11(4+x2)(1+x)\mathrm{f}(x)=\dfrac{5x^2+x+11}{(4+x^2)(1+x)}。

(a) 将 f(x)\mathrm{f}(x) 表示为部分分式。

(5)

(b) 由此证明 ∫02f(x) dx=ln⁡54−18π\displaystyle\int_0^2\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x=\ln54-\frac18\pi。

(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

二次因子的分子须设一次式。清分母后先代入 x=−1x=-1,再用常数项及二次项求其余系数。

答题过程

展开

Write

f(x)=Ax+B4+x2+C1+x.\mathrm f(x)=\frac{Ax+B}{4+x^2}+\frac{C}{1+x}.

Then

5x2+x+11= (Ax+B)(1+x) +C(4+x2).\begin{align*} 5x^2+x+11=&\,(Ax+B)(1+x)\\[4mm] &\,\hspace{2pt}+C(4+x^2). \end{align*}

At x=−1x=-1, 15=5C15=5C, so C=3C=3.

Comparing constant terms, 11=B+4C11=B+4C, so B=−1B=-1. Comparing coefficients of x2x^2, 5=A+C5=A+C, so A=2A=2.

Thus

f(x)=2x−14+x2+31+x.\boxed{\mathrm f(x)=\frac{2x-1}{4+x^2}+\frac3{1+x}}.

(b)

解法一

思路

展开

承接(a),把二次因子上的分式再按分子拆开,分别得到对数和反正切。代入上下限后用对数法则合成 ln⁡54\ln54。

答题过程

展开

Using part (a),

f(x)=2x4+x2−14+x2+31+x.\mathrm f(x)=\frac{2x}{4+x^2}-\frac1{4+x^2}+\frac3{1+x}.

Since ddxtan⁡−1(x/2)=2/(4+x2)\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\tan^{-1}(x/2)=2/(4+x^2), the integral of −1/(4+x2)-1/(4+x^2) is −12tan⁡−1(x/2)-\tfrac12\tan^{-1}(x/2). The logarithm arguments below are positive on [0,2][0,2]. Therefore

I= [ln⁡(4+x2)−12tan⁡−1x2+3ln⁡(1+x)]02= ln⁡8−12π4+3ln⁡3−ln⁡4= ln⁡2+ln⁡27−π8= ln⁡54−π8.\begin{align*} I =&\,\bigg[\ln(4+x^2)-\frac12\tan^{-1}\frac x2 +3\ln(1+x)\bigg]_0^2\\[4mm] =&\,\ln8-\frac12\frac\pi4+3\ln3-\ln4\\[4mm] =&\,\ln2+\ln27-\frac\pi8\\[4mm] =&\,\boxed{\ln54-\frac\pi8}. \end{align*}