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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2024 June Paper 33 Q8

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2024 June Paper 33 Paper · Question 8

题目

Problem

(a) Express 3cos⁡2x−3sin⁡2x3\cos2x-\sqrt3\sin2x in the form Rcos⁡(2x+α)R\cos(2x+\alpha), where R>0R>0 and 0<α<12π0<\alpha<\frac12\pi. Give the exact values of RR and α\alpha.

(3)

(b) Hence find the exact value of

∫0112π3(3cos⁡2x−3sin⁡2x)2 dx,\int_0^{\frac1{12}\pi}\frac{3}{(3\cos2x-\sqrt3\sin2x)^2}\,\mathrm{d}x,

simplifying your answer.

(5)
题目中文翻译

(a) 将 3cos⁡2x−3sin⁡2x3\cos2x-\sqrt3\sin2x 表示为 Rcos⁡(2x+α)R\cos(2x+\alpha) 的形式,其中 R>0R>0 且 0<α<12π0<\alpha<\frac12\pi。给出 RR 和 α\alpha 的精确值。

(3)

(b) 由此求

∫0112π3(3cos⁡2x−3sin⁡2x)2 dx\int_0^{\frac1{12}\pi}\frac{3}{(3\cos2x-\sqrt3\sin2x)^2}\,\mathrm{d}x

的精确值,并化简答案。

(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

展开 Rcos⁡(2x+α)R\cos(2x+\alpha),比较余弦项与正弦项系数。角在第一象限,用正的正弦、余弦值确定它。

答题过程

展开

Expanding,

Rcos⁡(2x+α)=Rcos⁡αcos⁡2x−Rsin⁡αsin⁡2x.R\cos(2x+\alpha) =R\cos\alpha\cos2x-R\sin\alpha\sin2x.

Comparing coefficients,

Rcos⁡α= 3,Rsin⁡α= 3.\begin{align*} R\cos\alpha=&\,3,\\[4mm] R\sin\alpha=&\,\sqrt3. \end{align*}

Therefore

R2=9+3=12,R=23.R^2=9+3=12,\qquad R=2\sqrt3.

Also tan⁡α=3/3\tan\alpha=\sqrt3/3, and 0<α<π/20<\alpha<\pi/2, so α=π/6\alpha=\pi/6. Hence

3cos⁡2x−3sin⁡2x=23cos⁡(2x+π6).\boxed{3\cos2x-\sqrt3\sin2x =2\sqrt3\cos\bigg(2x+\frac\pi6\bigg)}.

(b)

解法一

思路

展开

承接(a),把分母的平方化成 12cos⁡2(2x+π/6)12\cos^2(2x+\pi/6),再用正切的导数积分。

答题过程

展开

Using part (a),

I= ∫0π/123(3cos⁡2x−3sin⁡2x)2 dx= 14∫0π/12sec⁡2(2x+π6) dx= 18[tan⁡(2x+π6)]0π/12= 18(tan⁡π3−tan⁡π6)= 18(3−13).\begin{align*} I=&\,\int_0^{\pi/12} \frac{3}{\big(3\cos2x-\sqrt3\sin2x\big)^2} \,\mathrm{d}x\\[4mm] =&\,\frac14\int_0^{\pi/12} \sec^2\bigg(2x+\frac\pi6\bigg)\,\mathrm{d}x\\[4mm] =&\,\frac18\bigg[\tan\bigg(2x+\frac\pi6\bigg)\bigg]_0^{\pi/12}\\[4mm] =&\,\frac18\bigg(\tan\frac\pi3-\tan\frac\pi6\bigg)\\[4mm] =&\,\frac18\bigg(\sqrt3-\frac1{\sqrt3}\bigg). \end{align*}

Therefore I=3/12\boxed{I=\sqrt3/12}.