题目
Problem
A curve C has equation y=f(x) where
f(x)=(2−kx)5
and k is a constant.
Given that when f(x) is divided by (4x−5) the remainder is 32243
(a) show that k=52
(2)
(b) Find the first three terms, in ascending powers of x, of the binomial expansion of
(2−52x)5
giving each term in simplest form.
(3)
Using the solution to part (b) and making your method clear,
(c) find the gradient of C at the point where x=0
(2)
题目中文翻译
曲线 C 的方程为 y=f(x),其中 f(x)=(2−kx)5,k 是常数。
已知 f(x) 除以 4x−5 的余数为 243/32。
(a) 证明 k=2/5。(2 分)
(b) 求 (2−52x)5 的二项式展开中按 x 升幂排列的前三项,将每一项写成最简形式。(3 分)
使用 (b) 的结果,并清楚展示方法,
(c) 求曲线 C 在 x=0 处的斜率。(2 分)
解答
(a)
解法一
思路
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根据余数定理(Remainder Theorem),当多项式 f(x) 除以一次因式 (ax−b) 时,所得的余数等于 f(ab)。
在本题中,除式为 4x−5,令其为零得到 x=45。
因此余数可以表示为 f(45),我们将其代入原方程并等于已知余数 32243:
(2−k⋅45)5=32243
由于 243=35 且 32=25,上式右边即为 (23)5。两边同时开五次方根即可解出 k。
答题过程
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According to the Remainder Theorem, when f(x) is divided by (4x−5), the remainder is f(45).
Given that the remainder is 32243:
f(45)=(2−k⋅45)5=3224332243
Taking the 5th root of both sides:
2−45k=2−45k=45k=45k=k=k=532243232−232121×5452(proven)
解法二:代入验证
思路
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题目给出了要证明的 k。代入 k=2/5,用余数定理验证除以 4x−5 的余数恰为 243/32;五次方在实数范围内单调,因此这个值是唯一的。
答题过程
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For k=2/5, the Remainder Theorem gives
f(45)===(2−52×45)5(23)532243.
This is the given remainder, so k=2/5, as required.
(b)
解法一
思路
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使用二项式定理(Binomial Theorem)展开式公式:
(a+b)n=an+(1n)an−1b+(2n)an−2b2+⋯
这里 a=2,b=−52x,n=5。我们需要求前三项(即含 x0, x1 和 x2 的项),并将其系数化简到最简形式。
答题过程
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Using the binomial expansion formula for (2−52x)5:
(2−52x)5===25+5(2)4(−52x)+10(2)3(−52x)2+⋯32+5×16×(−52x)+10×8×(254x2)+⋯32−32x+564x2+⋯
Thus, the first three terms in ascending powers of x are:
32−32x+12.8x2(or 32−32x+564x2)
解法二:先提取常数因子
思路
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先提取 25=32,再展开 (1−x/5)5。先处理括号内的较小系数,最后乘回 32。
答题过程
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(2−52x)5====32(1−5x)532[1+5(−5x)+10(−5x)2+⋯]32(1−x+52x2+⋯)32−32x+564x2+⋯.
The first three terms are 32−32x+564x2.
(c)
解法一:利用 (b) 的二项式展开式求导
思路
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曲线 C 在某一点处的斜率(Gradient)等于其导数 f′(x) 在该点的值。
题目要求**“利用 (b) 的结论”**,因此我们需要将 (b) 中求得的展开式对 x 求导:
f(x)=32−32x+564x2+⋯
省略项都至少含 x3;求导后都至少含 x2,在 x=0 时为零。因此求导后代入 x=0,可得 f′(0)=−32。
答题过程
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From part (b), the expansion of C:y=f(x) for the first three terms is:
y=32−32x+564x2+⋯
Differentiating with respect to x:
dxdy==dxd(32−32x+564x2+⋯)−32+5128x+⋯
At the point where x=0:
dxdyx=0==−32+0−32
Therefore, the gradient of C at x=0 is −32.
解法二:直接求导法(链式法则验算)
思路
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仅作验算,不能代替题目指定的使用 (b) 的方法。我们也可以直接对原函数 (2−52x)5 运用链式法则(Chain Rule)求导并代入 x=0。
答题过程
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We can differentiate the original function y=(2−52x)5 using the chain rule:
dxdy==5(2−52x)4×(−52)−2(2−52x)4
At the point where x=0:
dxdyx=0===−2(2−0)4−2(16)−32