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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2024 Jan Q6

A Level / Edexcel / P3

IAL 2024 Jan Paper · Question 6

题目

Problem

In this question you must show all stages of your working.

Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.

Figure 1 shows a sketch of the curve with equation y=f(x)y=f(x), where

f(x)=2e3sinxcosx0x2πf(x)=2e^{3\sin x}\cos x\qquad 0\leq x\leq 2\pi

The curve intersects the xx-axis at point RR, as shown in Figure 1.

(a) State the coordinates of RR

(1)

The curve has two turning points, at point PP and point QQ, also shown in Figure 1.

(b) Show that, at points PP and QQ,

asin2x+bsinx+c=0a\sin^2x+b\sin x+c=0

where aa, bb and cc are integers to be found.

(4)

(c) Hence find the xx coordinate of point QQ, giving your answer to 3 decimal places.

(2)
题目中文翻译

本题中你必须写出解题过程的所有步骤。

不接受完全依赖计算器技术的解法。

图 1 给出了曲线 y=f(x)y=f(x) 的草图,其中

f(x)=2e3sinxcosx0x2πf(x)=2e^{3\sin x}\cos x\qquad 0\leq x\leq 2\pi

如图 1 所示,曲线与 xx 轴交于点 RR

(a) 写出点 RR 的坐标。

曲线有两个转折点,分别为点 PP 和点 QQ,也在图 1 中标出。

(b) 证明在点 PP 和点 QQ 处,

asin2x+bsinx+c=0a\sin^2x+b\sin x+c=0

其中 aabbcc 是需要求出的整数。

(c) 由此求点 QQxx 坐标,答案精确到小数点后 3 位。

解答

(a)

解法一

思路

展开

指数因子始终为正,因此函数值为零只能来自 cosx=0\cos x=0。图中 RR 是右侧的 xx 轴交点。

答题过程

展开

Since 2e3sinx>02e^{3\sin x}>0 for all xx,

f(x)=0f(x)=0

when

cosx=0.\cos x=0.

The point RR shown is the intercept with x=3π2x=\dfrac{3\pi}{2}. Therefore,

R(3π2,0).\boxed{R\bigg(\frac{3\pi}{2},0\bigg)}.

(b)

解法一

思路

展开

函数是 2e3sinx2e^{3\sin x}cosx\cos x 的乘积,因此使用乘积法则,并在指数函数求导时使用链式法则。转折点处导数为零;提出始终不为零的指数因子后,再用 cos2x=1sin2x\cos^2x=1-\sin^2x 化成关于 sinx\sin x 的二次方程。

答题过程

展开

Using the product rule and the chain rule,

f(x)=2e3sinx(3cosx)cosx+2e3sinx(sinx)=6e3sinxcos2x2e3sinxsinx=2e3sinx(3cos2xsinx).\begin{align*} f'(x) =&\,2e^{3\sin x}(3\cos x)\cos x\\[4mm] &\,+2e^{3\sin x}(-\sin x)\\[4mm] =&\,6e^{3\sin x}\cos^2x -2e^{3\sin x}\sin x\\[4mm] =&\,2e^{3\sin x} \bigl(3\cos^2x-\sin x\bigr). \end{align*}

At the turning points PP and QQ, f(x)=0f'(x)=0. Since 2e3sinx>02e^{3\sin x}>0,

3cos2xsinx=0.3\cos^2x-\sin x=0.

Using cos2x=1sin2x\cos^2x=1-\sin^2x,

3(1sin2x)sinx=03sin2x+sinx3=0.\begin{align*} 3(1-\sin^2x)-\sin x=&\,0\\[4mm] 3\sin^2x+\sin x-3=&\,0. \end{align*}

Thus the required equation is

3sin2x+sinx3=0,\boxed{3\sin^2x+\sin x-3=0},

so a=3a=3, b=1b=1 and c=3c=-3.

(c)

解法一

思路

展开

由 (b) 解关于 sinx\sin x 的二次方程。负根小于 1-1,不可能是正弦值;正根在第一、第二象限各对应一个角。根据图像,QQ 位于第二象限,所以取补角。

答题过程

展开

Solving the equation from part (b),

3sin2x+sinx3=0,3\sin^2x+\sin x-3=0,

gives

sinx=1±376.\sin x=\frac{-1\pm\sqrt{37}}{6}.

The value 1376\dfrac{-1-\sqrt{37}}6 is less than 1-1, so it is not possible. Hence,

sinx=1+376.\sin x=\frac{-1+\sqrt{37}}6.

Point QQ lies in quadrant II, so

x=πsin1(1+376)=2.131\begin{align*} x =&\,\pi-\sin^{-1} \bigg(\frac{-1+\sqrt{37}}6\bigg)\\[4mm] =&\,2.131\ldots \end{align*}

Therefore, to 33 decimal places, the xx coordinate of QQ is

2.131.\boxed{2.131}.