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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2023 June Paper 31 Q8

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2023 June Paper 31 Paper · Question 8

题目

Problem

Let f(x)=3−3x2(2x+1)(x+2)2\mathrm{f}(x)=\dfrac{3-3x^2}{(2x+1)(x+2)^2}.

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

(5)

(b) Hence find the exact value of ∫04f(x) dx\displaystyle\int_0^4\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x, giving your answer in the form a+bln⁡ca+b\ln c, where aa, bb and cc are integers.

(5)
题目中文翻译

设 f(x)=3−3x2(2x+1)(x+2)2\mathrm{f}(x)=\dfrac{3-3x^2}{(2x+1)(x+2)^2}。

(a) 将 f(x)\mathrm{f}(x) 表示为部分分式。

(5)

(b) 由此求 ∫04f(x) dx\displaystyle\int_0^4\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x 的精确值,将答案表示为 a+bln⁡ca+b\ln c 的形式,其中 aa、bb 和 cc 为整数。

(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

重复因子 x+2x+2 对应两个分式。清分母后用特殊值求系数,最后比较最高次项。

答题过程

展开

Write

f(x)=A2x+1+Bx+2+C(x+2)2.\mathrm f(x)=\frac{A}{2x+1}+\frac{B}{x+2}+\frac{C}{(x+2)^2}.

Then

3−3x2= A(x+2)2 +B(2x+1)(x+2) +C(2x+1).\begin{align*} 3-3x^2=&\,A(x+2)^2\\[4mm] &\,\hspace{2pt}+B(2x+1)(x+2)\\[4mm] &\,\hspace{4pt}+C(2x+1). \end{align*}

At x=−1/2x=-1/2,

94=A94,soA=1.\frac94=A\frac94,\quad\text{so}\quad A=1.

At x=−2x=-2,

−9=−3C,soC=3.-9=-3C,\quad\text{so}\quad C=3.

Comparing coefficients of x2x^2 gives −3=A+2B-3=A+2B, so B=−2B=-2. Therefore

f(x)=12x+1−2x+2+3(x+2)2.\boxed{\mathrm f(x)=\frac1{2x+1}-\frac2{x+2}+\frac3{(x+2)^2}}.

(b)

解法一

思路

展开

利用(a)逐项积分,平方分母的项积分后是负的一次倒数,不是对数。代入上下限后合并对数。

答题过程

展开

Using part (a),

I= [12ln⁡(2x+1)−2ln⁡(x+2)−3x+2]04= (12ln⁡9−2ln⁡6−12) −(−2ln⁡2−32)= 1+ln⁡3−2ln⁡62= 1−ln⁡3.\begin{align*} I =&\,\bigg[\frac12\ln(2x+1)-2\ln(x+2) -\frac3{x+2}\bigg]_0^4\\[4mm] =&\,\bigg(\frac12\ln9-2\ln6-\frac12\bigg)\\[4mm] &\,\hspace{2pt}-\bigg(-2\ln2-\frac32\bigg)\\[4mm] =&\,1+\ln3-2\ln\frac62\\[4mm] =&\,\boxed{1-\ln3}. \end{align*}

The logarithm arguments are positive throughout 0≤x≤40\le x\le4.