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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2022 November Paper 32 Q10

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2022 Nov Paper 32 Paper · Question 10

题目

Problem

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

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

(5)

(b) Find the exact value of ∫04f(x) dx\displaystyle\int_0^4\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x. Give your answer as a single logarithm.

(5)
题目中文翻译

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

(a) 将 f(x)\mathrm{f}(x) 表示为部分分式。

(5)

(b) 求 ∫04f(x) dx\displaystyle\int_0^4\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x 的精确值。将答案表示为单个对数。

(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

二次因子的分子先设为一次式,即使最后常数系数为零,也不能预先省掉。

答题过程

展开

Write

f(x)=A1+x+Bx+C2+x2.\mathrm f(x)=\frac{A}{1+x}+\frac{Bx+C}{2+x^2}.

Then

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

At x=−1x=-1, 6=3A6=3A, so A=2A=2.

Comparing constant terms gives 4=2A+C4=2A+C, so C=0C=0. Comparing coefficients of x2x^2 gives 1=A+B1=A+B, so B=−1B=-1.

Therefore

f(x)=21+x−x2+x2.\boxed{\mathrm f(x)=\frac2{1+x}-\frac{x}{2+x^2}}.

(b)

解法一

思路

展开

利用(a)两项都是对数型积分,代入端点后利用 ln⁡18−ln⁡2=ln⁡9\ln18-\ln2=\ln9 合成单一对数。

答题过程

展开

Using part (a), note that the derivative of ln⁡(2+x2)\ln(2+x^2) is 2x/(2+x2)2x/(2+x^2), giving the coefficient −1/2-1/2. Both logarithm arguments are positive on 0≤x≤40\le x\le4. Thus

I= [2ln⁡(1+x)−12ln⁡(2+x2)]04= 2ln⁡5−12ln⁡18+12ln⁡2= ln⁡25−12ln⁡9= ln⁡253.\begin{align*} I =&\,\bigg[2\ln(1+x)-\frac12\ln(2+x^2)\bigg]_0^4\\[4mm] =&\,2\ln5-\frac12\ln18+\frac12\ln2\\[4mm] =&\,\ln25-\frac12\ln9\\[4mm] =&\,\boxed{\ln\frac{25}{3}}. \end{align*}