题目
Problem
The curve C has equation
y=21x12x4−84x3+182x2−210xx>0
(a) Write the equation of C in the form
y=ax27+bx25+cx23+dx21
where a, b, c and d are fully simplified constants.
(3)
The curve C has three turning points.
Using calculus,
(b) show that the x coordinates of the three turning points satisfy the equation
2x3−10x2+13x−5=0
(3)
Given that the x coordinate of one of the turning points is 1
(c) find, using algebra, the exact x coordinates of the other two turning points.
(Solutions based entirely on calculator technology are not acceptable.)
(3)
解答
(a)
解法一
思路
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本题要求我们将分式形式的曲线方程化简为多项式指数形式。
分母为 21x=21x1/2。我们将分子上的每一项都除以分母:
y=21x1/212x4−21x1/284x3+21x1/2182x2−21x1/2210x
利用指数法则 xnxm=xm−n 化简每一项的指数,并约分系数:
- 第一项:2112=74,指数 4−21=27。
- 第二项:2184=4,指数 3−21=25。
- 第三项:21182=326(因为 182 和 21 都能被 7 整除,182÷7=26),指数 2−21=23。
- 第四项:21210=10,指数 1−21=21。
答题过程
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Express the denominator as 21x21. Divide each term in the numerator by the denominator:
y====21x2112x4−84x3+182x2−210x21x2112x4−21x2184x3+21x21182x2−21x21210x74x4−21−4x3−21+326x2−21−10x1−2174x27−4x25+326x23−10x21
Thus, the constants are:
a=74,b=−4,c=326,d=−10
(b)
解法一
思路
展开
求拐点/驻点(Turning points)需要用到微积分,当导数 dxdy=0 时成立。
对 (a) 中求得的 y 的表达式进行求导:
y=74x27−4x25+326x23−10x21
运用求导的幂法则(dxdxn=nxn−1):
dxdy=74(27)x25−4(25)x23+326(23)x21−10(21)x−21
化简得到:
dxdy=2x25−10x23+13x21−5x−21
令 dxdy=0:
2x25−10x23+13x21−5x−21=0
因为 x>0,所以 x1/2=0。两边同时乘以 x1/2 消除负指数项:
2x3−10x2+13x−5=0
即可证出。
答题过程
展开
Differentiating y with respect to x:
dxdy===dxd(74x27−4x25+326x23−10x21)74(27)x25−4(25)x23+326(23)x21−10(21)x−212x25−10x23+13x21−5x−21
At turning points, the gradient dxdy=0:
2x25−10x23+13x21−5x−21=0
Since x>0, we can multiply both sides by x21:
(2x25−10x23+13x21−5x−21)×x21=2x3−10x2+13x−5=0×x210(proven)
(c)
解法一
思路
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已知三次方程的一个根是 x=1。这意味着 (x−1) 是多项式 2x3−10x2+13x−5 的一个因式。
我们需要进行多项式除法(Long Division)或因式拆分,求出另一个二次因式:
2x3−10x2+13x−5=(x−1)(2x2+px+q)
通过展开对比系数或直接进行多项式除法:
- 设二次项为 2x2。
- 展开后常数项:−1×q=−5⟹q=5。
- 一次项系数:q−p=13⟹5−p=13⟹p=−8。
所以二次因式为 2x2−8x+5。
然后,令 2x2−8x+5=0,通过求根公式解出剩下的两个 x 精确值:
x=2(2)−(−8)±(−8)2−4(2)(5)=48±64−40=48±24=48±26=24±6
由于题目要求“exact coordinates”(精确值),不能使用近似的小数,答案应当保留根式。
答题过程
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Given that x=1 is a root of the cubic equation, (x−1) is a factor of the expression.
Using algebraic division or factorisation:
2x3−10x2+13x−5=(x−1)(2x2−8x+5)
Setting the remaining quadratic factor to 0 to find the other two roots:
2x2−8x+5=0
Using the quadratic formula:
x=====2(2)−(−8)±(−8)2−4(2)(5)48±64−4048±2448±2624±6(or 2±26)
Therefore, the exact x coordinates of the other two turning points are:
x=24−6,x=24+6