2016 年 DSE M2 歷屆試題:影片詳解

我們精選了 2016 年 DSE M2 試卷的 4 道題目,每題均附影片講解,請看看。

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2016 第 3 題 — y = 2eˣ 下三角形面積的變率

P 是曲線 C: y = 2eˣ(x > 0)上的一點,其 x 坐標為 u。通過 P 的水平線與 y 軸相交於 Q,O 為原點。(a) 以 u 表示 △OPQ 的面積。(b) 若 OQ 以每秒 6 單位的固定速率增加,求 u = 4 時該面積的變率。

P 沿曲線 y = 2eˣ 向上移動,直角三角形 OPQ(紅色)隨之變大。底 PQ = u 增長緩慢,高 OQ = 2eᵘ 則急速上升;u = 4 時面積以每秒 15 平方單位增加。 自己試試 →
  1. (a) PQ = u 及 OQ = 2eᵘ,直角在 Q:面積 A = ½ · u · 2eᵘ = u eᵘ
  2. (b) d(OQ)/dt = 2eᵘ · du/dt = 6,故 du/dt = 3e⁻ᵘ
  3. dA/dt = (eᵘ + u eᵘ) · du/dt = (1 + u)eᵘ · 3e⁻ᵘ = 3(1 + u)
  4. 當 u = 4:dA/dt = 3 × 5 = 15

答案: (a) u eᵘ;(b) 每秒 15 平方單位

2016 第 7(b) 題 — 繞 y 軸的旋轉體體積

考慮曲線 Γ: y = 4x² − 4x(1 ≤ x ≤ 4)。R 是由 Γ、直線 y = 48 及兩條坐標軸所圍成的區域。求 R 繞 y 軸旋轉所得旋轉體的體積。

y = 4x² − 4x 的紅色弧線繞鉛垂軸旋轉,形成碗狀的立體:底部半徑 1,頂部(y = 48)半徑 4。每個水平切片都是半徑為 x 的圓盤。 自己試試 →
  1. 曲線由 (1, 0) 伸展至 (4, 48),故 R 位於 y 軸與 Γ 之間,0 ≤ y ≤ 48
  2. 繞 y 軸的圓盤法:V = π∫₀⁴⁸ x² dy
  3. 把變數換成 x:dy = (8x − 4) dx,x 由 1 至 4
  4. V = π∫₁⁴ x²(8x − 4) dx = π[2x⁴ − 4x³/3]₁⁴
  5. = π[(512 − 256/3) − (2 − 4/3)] = π(510 − 84)

答案: V = 426π

2016 第 9 題 — 三次曲線:轉向點、拐點及切線所截的面積

設 f(x) = x³ + ax² + bx + 5,C 為曲線 y = f(x)。P(−1, 10) 是 C 的一個轉向點。(a) 求 a 及 b。(b) P 是否極大點?(c) 求 f(x) 的極小值。(d) 求拐點。(e) L 為 C 在 P 的切線;求 C 與 L 所圍成區域的面積。

極大點 P 的切線是水平線 y = 10(藍)。它在 x = 5 再次與三次曲線(紅)相交,兩者之間的區域填滿後面積為 108。 自己試試 →
  1. (a) f(−1) = 10:a − b = 6。f′(−1) = 0:3 − 2a + b = 0。解得 a = −3、b = −9
  2. (b) f′(x) = 3x² − 6x − 9 = 3(x + 1)(x − 3) 在 x = −1 由正變負,故 P 是極大點
  3. (c) f′ 在 x = 3 由負變正:極小值 f(3) = 27 − 27 − 27 + 5 = −22
  4. (d) f″(x) = 6x − 6 在 x = 1 變號,且 f(1) = −6:拐點為 (1, −6)
  5. (e) L 為 y = 10。f(x) = 10 得 x³ − 3x² − 9x − 5 = (x + 1)²(x − 5) = 0,故兩者在 x = 5 再次相交
  6. ∫₋₁⁵ (−x³ + 3x² + 9x + 5) dx = [−x⁴/4 + x³ + 9x²/2 + 5x]₋₁⁵ = 425/4 − (−7/4) = 108

答案: (a) a = −3、b = −9;(b) 是;(c) −22;(d) (1, −6);(e) 108

2016 第 12 題 — 等距點、單位法向量及直線與平面的夾角

設 OA = 2j + 2k、OB = 4i + j + k 及 OP = i + tj,其中 P 與 A 及 B 等距。(a) 求 t。(b) 設 OC = 2i − j + 4k 及 OD = 3i + 2j + 5k,Π 為通過 A、B、C 的平面。求(i) 一個垂直於 Π 的單位向量;(ii) CD 與 Π 的夾角。

鏡頭環繞平面 Π(藍色三角形 ABC)。綠色線段 DE 是由 D 至平面的垂線;紅色線段 CD 與它在平面上的投影 CE 之間的夾角約為 64.8°。 自己試試 →
  1. (a) |PA|² = 1 + (t − 2)² + 4 及 |PB|² = 9 + (t − 1)² + 1。令兩者相等:t² − 4t + 9 = t² − 2t + 11,故 t = −1
  2. (b)(i) AB = 4i − j − k、AC = 2i − 3j + 2k,故 AB × AC = −5i − 10j − 10k = −5(i + 2j + 2k)
  3. 單位法向量:(i + 2j + 2k)/3(或其負值)
  4. (ii) CD = i + 3j + k,|CD| = √11。設 θ 為 CD 與 Π 的夾角:sin θ = |CD · n̂| = (1 + 6 + 2)/(3√11) = 3/√11
  5. θ = sin⁻¹(3/√11) ≈ 64.8°

答案: (a) t = −1;(b)(i) ±(i + 2j + 2k)/3;(ii) sin⁻¹(3/√11) ≈ 64.8°

如何使用這份 2016 年 DSE M2 題解

請先自行在紙上嘗試每一題,然後觀看動畫:每段影片都是該題的真實 GeoGebra 作圖,讓你在閱讀步驟之前先看到答案為何如此。點擊影片可在 SketchMath 開啟同一圖像,自行拖動或旋轉。想重溫相關理論,可參閱 DSE M2 筆記;其他年份見全部 M2 歷屆試題詳解。

每題均以我們自己的文字轉述,數據與 2016 年香港中學文憑考試數學延伸部分單元二試卷相同;題解及動畫由 SketchMath 編寫。

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