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CalcGospel 國際數學圖譜
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M1 2025 June Q2

A Level / Edexcel / M1

IAL 2025 June Paper · Question 2

题目

Problem

2.

[In this question i\mathbf{i} and j\mathbf{j} are horizontal unit vectors directed due east and due north respectively. Position vectors are given relative to a fixed origin.]

Two particles, AA and BB, are moving on a smooth horizontal surface. Each particle is moving with constant velocity.

At time tt seconds, the position vector of AA is given by r\mathbf{r} metres.

  • When t=2t=2, r=(−5i+16j)\mathbf{r}=(-5\mathbf{i}+16\mathbf{j})
  • When t=5t=5, r=(10i+4j)\mathbf{r}=(10\mathbf{i}+4\mathbf{j})

(a) Find, in terms of i\mathbf{i} and j\mathbf{j}, the velocity of AA.

(2)

(b) Find an expression for r\mathbf{r} at time tt seconds. Give your answer in the form pi+qjp\mathbf{i}+q\mathbf{j}, where pp and qq are functions of tt

(2)

At time tt seconds, the position vector of BB is given by s\mathbf{s} metres where

s=−5i+7j+t(2i−3j)\mathbf{s}=-5\mathbf{i}+7\mathbf{j}+t(2\mathbf{i}-3\mathbf{j})

(c) Find, to the nearest degree, the bearing of BB from AA when t=5t=5

(3)
题目中文翻译

[本题中,i\mathbf{i} 和 j\mathbf{j} 分别为指向正东和正北的水平单位向量。位置向量均相对于一个固定原点给出。]

两质点 AA 和 BB 在光滑水平面上运动,各自保持恒定速度。

在 tt 秒时,AA 的位置向量为 r\mathbf{r} 米。

  • 当 t=2t=2 时,r=(−5i+16j)\mathbf{r}=(-5\mathbf{i}+16\mathbf{j})。
  • 当 t=5t=5 时,r=(10i+4j)\mathbf{r}=(10\mathbf{i}+4\mathbf{j})。

(a) 用 i\mathbf{i} 和 j\mathbf{j} 表示 AA 的速度。

(2)

(b) 求 tt 秒时 r\mathbf{r} 的表达式。 答案以 pi+qjp\mathbf{i}+q\mathbf{j} 的形式给出,其中 pp 和 qq 为 tt 的函数。

(2)

在 tt 秒时,BB 的位置向量为 s\mathbf{s} 米,其中

s=−5i+7j+t(2i−3j)\mathbf{s}=-5\mathbf{i}+7\mathbf{j}+t(2\mathbf{i}-3\mathbf{j})

(c) 求 t=5t=5 时从 AA 看 BB 的方位角,精确到最接近的整数度。

(3)

解答

(a)

解法一

思路

展开

两给定位置相隔 3 秒,速度是位移向量除以经过时间。

答题过程

展开

Since AA moves with constant velocity,

vA= (10i+4j)−(−5i+16j)5−2,= (5i−4j) m s−1.\begin{align*} \mathbf v_A=&\,\frac{(10\mathbf i+4\mathbf j)-(-5\mathbf i+16\mathbf j)}{5-2},\\ =&\,\boxed{(5\mathbf i-4\mathbf j)\ \mathrm{m\,s^{-1}}}. \end{align*}

(b)

解法一

思路

展开

从第 2 秒的位置走到第 tt 秒,需要的位移是 (t−2)vA(t-2)\mathbf v_A;展开成题目要求的两分量形式。

答题过程

展开

Using the position at t=2t=2,

r= −5i+16j+(t−2)(5i−4j),= (−15+5t)i+(24−4t)j.\begin{align*} \mathbf r=&\,-5\mathbf i+16\mathbf j+(t-2)(5\mathbf i-4\mathbf j),\\ =&\,\boxed{(-15+5t)\mathbf i+(24-4t)\mathbf j}. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

从 AA 看 BB 应用 BB 的位置减 AA 的位置。使用题目已给的第 5 秒位置,所得向量向西南;方位角从北顺时针量取。

答题过程

展开

At t=5t=5,

rA=10i+4j,rB=−5i+7j+5(2i−3j)=5i−8j.\mathbf r_A=10\mathbf i+4\mathbf j,\qquad \mathbf r_B=-5\mathbf i+7\mathbf j+5(2\mathbf i-3\mathbf j) =5\mathbf i-8\mathbf j.

Thus

AB→=rB−rA=−5i−12j.\overrightarrow{AB}=\mathbf r_B-\mathbf r_A=-5\mathbf i-12\mathbf j.

This is west of south. If β\beta is the angle west of south,

tan⁡β=512,β=22.6198…∘.\tan\beta=\frac5{12},\qquad \beta=22.6198\ldots^\circ.

Therefore the bearing of BB from AA is

180∘+β=202.6198…∘=203∘180^\circ+\beta=202.6198\ldots^\circ=\boxed{203^\circ}

to the nearest degree.