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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2025 Jan Q9

A Level / Edexcel / P3

IAL 2025 Jan Paper · Question 9

题目

Problem

Figure 1 shows a sketch of part of the curve CC with equation y=f(x)y=\mathrm{f}(x) where

f(x)=6xln(4x)x>0\mathrm{f}(x)=6\sqrt{x}\ln(4x)\qquad x>0

The curve cuts the xx-axis at point PP

(a) State the xx coordinate of PP

(1)

The point QQ, shown in Figure 1, is the stationary point on CC

(b) Use calculus to find the exact coordinates of QQ

(5)

(c) Hence find the range of the function g(x)\mathrm{g}(x) where

g(x)=2f(x)\mathrm{g}(x)=-2\mathrm{f}(x)
(2)
题目中文翻译

图 1 给出了曲线 CC 的一部分草图,曲线方程为 y=f(x)y=\mathrm{f}(x),其中

f(x)=6xln(4x)x>0\mathrm{f}(x)=6\sqrt{x}\ln(4x)\qquad x>0

曲线在点 PP 处与 xx 轴相交。

(a) 写出 PPxx 坐标。

图 1 中所示的点 QQ 是曲线 CC 上的驻点。

(b) 使用微积分求 QQ 的精确坐标。

(c) 由此求函数 g(x)\mathrm{g}(x) 的值域,其中

g(x)=2f(x)\mathrm{g}(x)=-2\mathrm{f}(x)

解答

(a)

解法一

思路

展开

曲线与 xx 轴相交时 f(x)=0f(x)=0。由于定义域为 x>0x>0,所以 x\sqrt{x} 不可能为零,只需令对数因子等于零。

答题过程

展开

At the xx-axis, f(x)=0f(x)=0. Since x>0x>0,

ln(4x)=0.\ln(4x)=0.

Therefore,

4x=1,4x=1,

so the xx coordinate of PP is

14.\boxed{\frac14}.

(b)

解法一

思路

展开

6xln(4x)6\sqrt{x}\ln(4x) 使用乘积法则求导,再令导数为零。解出驻点的 xx 坐标后代回原函数,并把指数和系数化到最简。

答题过程

展开

Using the product rule,

f(x)=6(12xln(4x)+x1x)=3xln(4x)+6x.\begin{align*} f'(x)=&\,6\bigg( \frac{1}{2\sqrt{x}}\ln(4x) +\sqrt{x}\cdot\frac1x \bigg)\\ =&\,\frac{3}{\sqrt{x}}\ln(4x) +\frac{6}{\sqrt{x}}. \end{align*}

At the stationary point, f(x)=0f'(x)=0. Since x>0x>0, multiply by x\sqrt{x}:

3ln(4x)+6=0.3\ln(4x)+6=0.

Hence

ln(4x)=2,\ln(4x)=-2,

so

4x=e2x=14e2.4x=\mathrm{e}^{-2} \quad\Longrightarrow\quad x=\frac{1}{4\mathrm{e}^2}.

Substituting this into f(x)f(x),

f(14e2)=614e2ln(e2)=612e(2)=6e.\begin{align*} f\bigg(\frac{1}{4\mathrm{e}^2}\bigg) =&\,6\sqrt{\frac{1}{4\mathrm{e}^2}} \ln\big(\mathrm{e}^{-2}\big)\\ =&\,6\cdot\frac{1}{2\mathrm{e}}\cdot(-2)\\ =&\,-\frac6{\mathrm{e}}. \end{align*}

Therefore,

Q(14e2,6e).\boxed{Q\bigg(\frac{1}{4\mathrm{e}^2}, -\frac6{\mathrm{e}}\bigg)}.

(c)

解法一

思路

展开

由上一问及题图可知,ff 的最小值为 6e-\dfrac6{\mathrm{e}}。变换 g(x)=2f(x)g(x)=-2f(x) 会把图像关于 xx 轴翻折并纵向放大 2 倍,因此原来的最小值变成 gg 的最大值。

答题过程

展开

From part (b), the minimum value of ff is

6e.-\frac6{\mathrm{e}}.

Since g(x)=2f(x)g(x)=-2f(x), its maximum value is

2(6e)=12e.-2\bigg(-\frac6{\mathrm{e}}\bigg) =\frac{12}{\mathrm{e}}.

Also, f(x)f(x)\to\infty as xx\to\infty, so g(x)g(x) is unbounded below. Therefore, the range is

g(x)12e.\boxed{g(x)\leq\frac{12}{\mathrm{e}}}.