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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2024 November Paper 31 Q7

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2024 Nov Paper 31 Paper · Question 7

题目

Problem

Let f(x)=5x2+8x+5(1+2x)(2+x2)\mathrm{f}(x)=\dfrac{5x^2+8x+5}{(1+2x)(2+x^2)}.

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

(5)

(b) Hence find the coefficient of x3x^3 in the expansion of f(x)\mathrm{f}(x).

(4)
题目中文翻译

设 f(x)=5x2+8x+5(1+2x)(2+x2)\mathrm{f}(x)=\dfrac{5x^2+8x+5}{(1+2x)(2+x^2)}。

(a) 将 f(x)\mathrm{f}(x) 表示为部分分式。

(5)

(b) 由此求 f(x)\mathrm{f}(x) 的展开式中 x3x^3 的系数。

(4)
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

不可约二次因式使用一次分子。先代根,再比较二次项与常数项。

答题过程

展开

Write

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

Multiplying through,

5x2+8x+5=A(2+x2)+(Bx+C)(1+2x).5x^2+8x+5=A(2+x^2)+(Bx+C)(1+2x).

Putting x=−1/2x=-1/2 gives 9/4=(9/4)A9/4=(9/4)A, so A=1A=1.

Comparing the coefficients of x2x^2 and the constants,

A+2B= 5,2A+C= 5.\begin{align*} A+2B=&\,5,\\[4mm] 2A+C=&\,5. \end{align*}

Hence B=2B=2 and C=3C=3. The linear coefficient checks: B+2C=8B+2C=8. Therefore

f(x)=11+2x+2x+32+x2.\boxed{f(x)=\frac1{1+2x}+\frac{2x+3}{2+x^2}}.

(b)

解法一

思路

展开

沿用部分分式,只找三次项的来源。第一个分式贡献等比展开的三次项,第二个分式只有一次分子乘二次项会产生三次项。

答题过程

展开

Using (a),

(1+2x)−1=1−2x+4x2−8x3+⋯ ,(1+2x)^{-1}=1-2x+4x^2-8x^3+\cdots,

and

2x+32+x2=2x+32(1−x22+⋯).\frac{2x+3}{2+x^2} =\frac{2x+3}{2}\bigg(1-\frac{x^2}{2}+\cdots\bigg).

The first fraction contributes −8-8 to the coefficient of x3x^3. In the second fraction, the relevant product is

2x2(−x22)=−12x3.\frac{2x}{2}\bigg(-\frac{x^2}{2}\bigg) =-\frac12x^3.

Hence the coefficient of x3x^3 is

−8−12=−172.\boxed{-8-\frac12=-\frac{17}{2}}.