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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2025 March Paper 32 Q10

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2025 March Paper 32 Paper · Question 10

题目

Problem

Let f(x)=−7x2+2x−6(1+x)(4+x2)\mathrm{f}(x)=\dfrac{-7x^2+2x-6}{(1+x)(4+x^2)}.

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

(5)

(b) Hence find the exact value of ∫02f(x) dx\displaystyle\int_0^2\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x. Give your answer in the form aπ−ln⁡ba\pi-\ln b, where aa and bb are constants.

(6)
题目中文翻译

设 f(x)=−7x2+2x−6(1+x)(4+x2)\mathrm{f}(x)=\dfrac{-7x^2+2x-6}{(1+x)(4+x^2)}。

(a) 将 f(x)\mathrm{f}(x) 表示为部分分式。

(5)

(b) 由此求 ∫02f(x) dx\displaystyle\int_0^2\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x 的精确值。答案以 aπ−ln⁡ba\pi-\ln b 的形式表示,其中 aa 和 bb 为常数。

(6)
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

不可约二次因式对应一次分子。代根先求一个系数,再比较其余系数。

答题过程

展开

Write

f(x)=A1+x+Bx+C4+x2.f(x)=\frac A{1+x}+\frac{Bx+C}{4+x^2}.

Multiplying through,

−7x2+2x−6=A(4+x2)+(Bx+C)(1+x).-7x^2+2x-6=A(4+x^2)+(Bx+C)(1+x).

Putting x=−1x=-1 gives −15=5A-15=5A, so A=−3A=-3.

Comparing the coefficients of x2x^2 gives A+B=−7A+B=-7, so B=−4B=-4. The constant coefficient gives 4A+C=−64A+C=-6, so C=6C=6.

The linear coefficient also checks: B+C=2B+C=2. Hence

f(x)=−31+x+−4x+64+x2.\boxed{f(x)=-\frac3{1+x}+\frac{-4x+6}{4+x^2}}.

(b)

解法一

思路

展开

承接(a),把二次分母上的一次分子再拆开,分别得到对数与反正切。代入上下限后合并所有对数。

答题过程

展开

From (a), the term −4x/(4+x2)-4x/(4+x^2) integrates to −2ln⁡(4+x2)-2\ln(4+x^2) because the denominator has derivative 2x2x. Also, ∫6/(4+x2) dx=3tan⁡−1(x/2)+C\int6/(4+x^2)\,\mathrm{d}x=3\tan^{-1}(x/2)+C. Thus

∫f(x) dx=−3ln⁡(1+x)−2ln⁡(4+x2)+3tan⁡−1x2+C\int f(x)\,\mathrm{d}x =-3\ln(1+x)-2\ln(4+x^2) +3\tan^{-1}\frac x2+C

on [0,2][0,2]. Therefore

∫02f(x) dx= [−3ln⁡(1+x)−2ln⁡(4+x2) +3tan⁡−1x2]02= −3ln⁡3−2ln⁡8+3π4+2ln⁡4= 3π4−3ln⁡3−2ln⁡2= 3π4−ln⁡108.\begin{align*} \int_0^2f(x)\,\mathrm{d}x =&\,\bigg[-3\ln(1+x)-2\ln(4+x^2)\\[4mm] &\,\hspace{2pt}+3\tan^{-1}\frac x2\bigg]_0^2\\[4mm] =&\,-3\ln3-2\ln8+\frac{3\pi}{4}+2\ln4\\ =&\,\frac{3\pi}{4}-3\ln3-2\ln2\\ =&\,\boxed{\frac{3\pi}{4}-\ln108}. \end{align*}