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CalcGospel 國際數學圖譜
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P2 2025 Jan Q5

A Level / Edexcel / P2

IAL 2025 Jan Paper · Question 5

题目

Problem

f(x)=3x3+ax2−10x+bf(x)=3x^3+ax^2-10x+b

where aa and bb are constants.

Given that (3x−4)(3x-4) is a factor of f(x)f(x),

(a) show that 16a+9b=5616a+9b=56

(2)

Given further that when f(x)f(x) is divided by (x−2)(x-2) the remainder is bb,

(b) find the value of aa and the value of bb.

(4)

(c) Hence, using algebra, fully factorise f(x)f(x).

(3)
题目中文翻译

f(x)=3x3+ax2−10x+bf(x)=3x^3+ax^2-10x+b,其中 aa 和 bb 是常数。

已知 (3x−4)(3x-4) 是 f(x)f(x) 的因式,

(a) 证明 16a+9b=5616a+9b=56。(2分)

又已知 f(x)f(x) 除以 (x−2)(x-2) 的余数为 bb,

(b) 求 aa 和 bb。(4分)

(c) 由此,用代数方法将 f(x)f(x) 完全因式分解。(3分)

解答

(a)

解法一

思路

展开

已知 3x−43x-4 是因式,应用因式定理 f(4/3)=0f(4/3)=0。逐项算分数,再乘以 99 清除分母,推出题目给出的关系。

答题过程

展开

Since 3x−43x-4 is a factor,

f(43)=0. f\bigg(\frac43\bigg)=0.

Thus

 3(43)3 +a(43)2 −10(43)+b=0, 649+16a9 −403+b=0. \begin{align*} &\,3\bigg(\frac43\bigg)^3\\ &\,\hspace{2pt}+a\bigg(\frac43\bigg)^2\\ &\,\hspace{4pt}-10\bigg(\frac43\bigg)+b=0,\\[4mm] &\,\frac{64}{9}+\frac{16a}{9}\\ &\,\hspace{2pt}-\frac{40}{3}+b=0. \end{align*}

Multiplying by 99 gives

64+16a−120+9b= 0,16a+9b= 56, \begin{align*} 64+16a-120+9b=&\,0,\\ 16a+9b=&\,56, \end{align*}

as required.

解法二

思路

展开

直接用多项式除法除以 3x−43x-4,余数必须为零。每次用余式的最高次项决定下一项商,最后得同一关系。

答题过程

展开

Divide f(x)f(x) by 3x−43x-4. The first quotient term is x2x^2:

f(x)−(3x−4)x2= (a+4)x2−10x+b. \begin{align*} f(x)-(3x-4)x^2 =&\,(a+4)x^2-10x+b. \end{align*}

The next quotient term is a+43x\frac{a+4}{3}x:

 [(a+4)x2−10x+b] −(3x−4)a+43x= 4a−143x+b. \begin{align*} &\,\big[(a+4)x^2-10x+b\big]\\ &\,\hspace{2pt}-(3x-4)\frac{a+4}{3}x\\ =&\,\frac{4a-14}{3}x+b. \end{align*}

The last quotient term is 4a−149\frac{4a-14}{9}, giving remainder

 (4a−143x+b) −(3x−4)4a−149= b+16a−569. \begin{align*} &\,\bigg(\frac{4a-14}{3}x+b\bigg)\\ &\,\hspace{2pt}-(3x-4)\frac{4a-14}{9}\\ =&\,b+\frac{16a-56}{9}. \end{align*}

Since 3x−43x-4 is a factor, the remainder is zero:

b+16a−569= 0,16a+9b= 56. \begin{align*} b+\frac{16a-56}{9}=&\,0,\\ 16a+9b=&\,56. \end{align*}

(b)

解法一

思路

展开

余数定理给出 f(2)=bf(2)=b。先消去两边的 bb 求 aa,再用 (a) 的关系求 bb。

答题过程

展开

By the remainder theorem, f(2)=bf(2)=b. Hence

3(2)3+a(2)2−10(2)+b= b,24+4a−20+b= b,4a+4= 0,a= −1. \begin{align*} 3(2)^3+a(2)^2-10(2)+b=&\,b,\\ 24+4a-20+b=&\,b,\\ 4a+4=&\,0,\\ a=&\,-1. \end{align*}

Using part (a),

16(−1)+9b= 56,9b= 72,b= 8. \begin{align*} 16(-1)+9b=&\,56,\\ 9b=&\,72,\\ b=&\,8. \end{align*}

Therefore a=−1a=-1 and b=8b=8.

解法二

思路

展开

除以 x−2x-2,计算余数再令它等于原题的 bb。不能把“余数为 bb”误读为“余数为零”。

答题过程

展开

Divide f(x)f(x) by x−2x-2. The successive quotient terms are 3x23x^2, (a+6)x(a+6)x and 2a+22a+2:

f(x)−(x−2)3x2= (a+6)x2−10x+b, [(a+6)x2−10x+b] −(x−2)(a+6)x= (2a+2)x+b, [(2a+2)x+b]−(x−2)(2a+2)= b+4a+4. \begin{align*} f(x)-(x-2)3x^2 =&\,(a+6)x^2-10x+b,\\[4mm] &\,\big[(a+6)x^2-10x+b\big]\\ &\,\hspace{2pt}-(x-2)(a+6)x\\ =&\,(2a+2)x+b,\\[4mm] &\,\big[(2a+2)x+b\big]-(x-2)(2a+2)\\ =&\,b+4a+4. \end{align*}

The given remainder is bb, so

b+4a+4= b,a= −1. \begin{align*} b+4a+4=&\,b,\\ a=&\,-1. \end{align*}

Substituting into 16a+9b=5616a+9b=56 gives −16+9b=56-16+9b=56, hence b=8b=8.

(c)

解法一

思路

展开

承接 (a)、(b),使用已知因式 3x−43x-4 做长除法求二次商,再因式分解二次式。

答题过程

展开

Using part (b),

f(x)=3x3−x2−10x+8. f(x)=3x^3-x^2-10x+8.

Divide by the given factor 3x−43x-4.

First quotient term x2x^2:

f(x)−(3x−4)x2= 3x2−10x+8. \begin{align*} f(x)-(3x-4)x^2=&\,3x^2-10x+8. \end{align*}

Next quotient term xx:

(3x2−10x+8)−(3x−4)x= −6x+8. \begin{align*} (3x^2-10x+8)-(3x-4)x=&\,-6x+8. \end{align*}

Last quotient term −2-2:

(−6x+8)−(3x−4)(−2)=0. (-6x+8)-(3x-4)(-2)=0.

Thus the quotient is x2+x−2x^2+x-2, and

f(x)= (3x−4)(x2+x−2),x2+x−2= (x+2)(x−1). \begin{align*} f(x)=&\,(3x-4)(x^2+x-2),\\ x^2+x-2=&\,(x+2)(x-1). \end{align*}

Therefore

f(x)=(3x−4)(x+2)(x−1). f(x)=(3x-4)(x+2)(x-1).

解法二

思路

展开

待定系数法:商的系数用 p,q,sp,q,s 表示,避免与已求出的原题常数 a,ba,b 混淆。比较最高次、常数和二次项系数即可求商。

答题过程

展开

Using a=−1a=-1 and b=8b=8, and the known factor 3x−43x-4, write

f(x)= (3x−4)(px2+qx+s). \begin{align*} f(x)=&\,(3x-4)(px^2+qx+s). \end{align*}

Comparing coefficients with 3x3−x2−10x+83x^3-x^2-10x+8:

3p= 3⇒p=1,−4s= 8⇒s=−2,3q−4p= −1,3q−4= −1,q= 1. \begin{align*} 3p=&\,3\quad\Rightarrow p=1,\\ -4s=&\,8\quad\Rightarrow s=-2,\\ 3q-4p=&\,-1,\\ 3q-4=&\,-1,\\ q=&\,1. \end{align*}

Therefore

f(x)= (3x−4)(x2+x−2)= (3x−4)(x+2)(x−1). \begin{align*} f(x)=&\,(3x-4)(x^2+x-2)\\ =&\,(3x-4)(x+2)(x-1). \end{align*}

也可以先证明另一个因式。例如 f(1)=3−1−10+8=0f(1)=3-1-10+8=0,才可除以 x−1x-1,得到

f(x)= (x−1)(3x2+2x−8)= (x−1)(3x−4)(x+2). \begin{align*} f(x)=&\,(x-1)(3x^2+2x-8)\\ =&\,(x-1)(3x-4)(x+2). \end{align*}

关键是先证新因式,不能只凭计算器给出的根直接写乘积。