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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2022 November Paper 33 Q11

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2022 Nov Paper 33 Paper · Question 11

题目

Problem

Let f(x)=5−x+6x2(3−x)(1+3x2)\mathrm{f}(x)=\dfrac{5-x+6x^2}{(3-x)(1+3x^2)}.

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

(5)

(b) Find the exact value of ∫01f(x) dx\displaystyle\int_0^1\mathrm{f}(x)\,\mathrm{d}x, simplifying your answer.

(5)
题目中文翻译

设 f(x)=5−x+6x2(3−x)(1+3x2)\mathrm{f}(x)=\dfrac{5-x+6x^2}{(3-x)(1+3x^2)}。

(a) 将 f(x)\mathrm{f}(x) 表示为部分分式。

(5)

(b) 求 ∫01f(x) dx\displaystyle\int_0^1\mathrm{f}(x)\,\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

二次因子的分子设一次式,即使最终一次项为零也应从完整形式开始。清分母后用特殊值和系数比较求解。

答题过程

展开

Write

f(x)=A3−x+Bx+C1+3x2.\mathrm f(x)=\frac{A}{3-x}+\frac{Bx+C}{1+3x^2}.

Then

5−x+6x2= A(1+3x2) +(Bx+C)(3−x).\begin{align*} 5-x+6x^2=&\,A(1+3x^2)\\[4mm] &\,\hspace{2pt}+(Bx+C)(3-x). \end{align*}

At x=3x=3, 56=28A56=28A, so A=2A=2.

Comparing constant terms gives 5=A+3C5=A+3C, so C=1C=1. Comparing coefficients of x2x^2 gives 6=3A−B6=3A-B, so B=0B=0.

Thus

f(x)=23−x+11+3x2.\boxed{\mathrm f(x)=\frac2{3-x}+\frac1{1+3x^2}}.

(b)

解法一

思路

展开

利用(a)分别得到对数与反正切积分,代入上下限后合并对数。

答题过程

展开

Using part (a), the derivative of tan⁡−1(3x)\tan^{-1}(\sqrt3x) is 3/(1+3x2)\sqrt3/(1+3x^2), so its integral coefficient is 1/31/\sqrt3. Also 3−x>03-x>0 on 0≤x≤10\le x\le1. Hence

I= [−2ln⁡(3−x)+13tan⁡−1(3x)]01= −2ln⁡2+13π3+2ln⁡3= 2ln⁡32+π33.\begin{align*} I =&\,\bigg[-2\ln(3-x) +\frac1{\sqrt3}\tan^{-1}(\sqrt3x)\bigg]_0^1\\[4mm] =&\,-2\ln2+\frac1{\sqrt3}\frac\pi3+2\ln3\\[4mm] =&\,\boxed{2\ln\frac32+\frac{\pi}{3\sqrt3}}. \end{align*}