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CalcGospel 國際數學圖譜
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M1 2025 Jan Q5

A Level / Edexcel / M1

IAL 2025 Jan Paper · Question 5

题目

Problem

5.

[In this question i\mathbf{i} and j\mathbf{j} are horizontal perpendicular unit vectors and position vectors are given relative to a fixed origin.]

In a game, a ball BB is rolled across a horizontal surface towards a fixed target. The ball is modelled as a particle moving with constant velocity.

At time t=1 st=1\,\mathrm{s}, the position vector of BB is (−2i+5j) m(-2\mathbf{i}+5\mathbf{j})\,\mathrm{m}. At time t=9 st=9\,\mathrm{s}, the position vector of BB is (10i−3j) m(10\mathbf{i}-3\mathbf{j})\,\mathrm{m}.

(a) Find the velocity of the ball.

(3)

The position vector of the target is (13i−5j) m(13\mathbf{i}-5\mathbf{j})\,\mathrm{m}.

(b) Use the model to find the distance of BB from the target at time t=7 st=7\,\mathrm{s}.

(4)
题目中文翻译

[本题中,i\mathbf{i} 和 j\mathbf{j} 为水平且互相垂直的单位向量,位置向量均相对于一个固定原点给出。]

在一个游戏中,球 BB 沿水平面向一个固定目标滚动。 将球视为以恒定速度运动的质点。

在 t=1 st=1\,\mathrm{s} 时,BB 的位置向量为 (−2i+5j) m(-2\mathbf{i}+5\mathbf{j})\,\mathrm{m}。 在 t=9 st=9\,\mathrm{s} 时,BB 的位置向量为 (10i−3j) m(10\mathbf{i}-3\mathbf{j})\,\mathrm{m}。

(a) 求球的速度。

(3)

目标的位置向量为 (13i−5j) m(13\mathbf{i}-5\mathbf{j})\,\mathrm{m}。

(b) 利用该模型,求 t=7 st=7\,\mathrm{s} 时 BB 与目标之间的距离。

(4)

解答

(a)

解法一

思路

展开

已知位置相隔的是 9−1=89-1=8 秒,不是 9 秒。速度是位移向量除以这段经过时间。

答题过程

展开

The elapsed time between the two given positions is 9−1=89-1=8 s. Therefore

v= (10i−3j)−(−2i+5j)8,= (1.5i−j) m s−1.\begin{align*} \mathbf v=&\,\frac{(10\mathbf i-3\mathbf j)-(-2\mathbf i+5\mathbf j)}{8},\\ =&\,\boxed{(1.5\mathbf i-\mathbf j)\ \mathrm{m\,s^{-1}}}. \end{align*}

(b)

解法一

思路

展开

从已知的第 1 秒位置走到第 7 秒,只经历 6 秒。求球的位置后,用它与目标的位置之差求距离。

答题过程

展开

At t=7t=7 s, the ball’s position is

rB= (−2i+5j)+(7−1)(1.5i−j),= 7i−j m.\begin{align*} \mathbf r_B=&\,(-2\mathbf i+5\mathbf j)+(7-1)(1.5\mathbf i-\mathbf j),\\ =&\,7\mathbf i-\mathbf j\ \mathrm m. \end{align*}

The displacement from the ball to the target is

(13i−5j)−(7i−j)=6i−4j m.(13\mathbf i-5\mathbf j)-(7\mathbf i-\mathbf j) =6\mathbf i-4\mathbf j\ \mathrm m.

Thus the distance is

62+(−4)2=52=213 m.\sqrt{6^2+(-4)^2}=\sqrt{52}=\boxed{2\sqrt{13}\ \mathrm m}.