御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:指數函數、對數與對數律、換底公式、對數函數的圖形、指數與對數的應用

高雄新興高中 112 上
高二第二次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 19 題,照原卷順序

單選題 2 題(每題 6 分,共 12 分)、多重選擇題 2 題(每題 6 分,共 12 分,答錯 1 個選項給 4 分,答錯 2 個選項給 2 分,答錯 3 個以上不給分)、填充題 10 題(依配分表給分,共 58 分)、計算素養題 2 題(兩題共 18 分:第 1 題 (1) 3 分、(2) 3 分、(3) 4 分;第 2 題 (1) 3 分、(2) 5 分),合計 100 分。填充題的配分表:答對題數 1~10 依序得 8、16、24、30、36、42、46、50、54、58 分。原卷各大題各自從 1 編號,本頁全卷連續編號:第 3、4 題是多重選擇第 1、2 題,第 5~14 題是填充第 1~10 題,第 15~19 題是計算素養題第 1、2 題的各小題。本卷沒有學校公布的答案,本頁答案為本站依題目計算。

一、單選題(每題 6 分,共 12 分)
1
下列關於對數的敘述何者正確?
  1. (A) log2​(−5)2=2log2​(−5)
  2. (B) log−2​4=2
  3. (C) loge​1=0
  4. (D) log18−log6=log12
  5. (E) log5+log2=10
2
下列關於指、對數函數的敘述何者正確?
  1. (A) a>0,x1​>x2​,則 ax1​>ax2​
  2. (B) (0.2)21​>(0.2)31​>(0.2)41​
  3. (C) log2​141>log2​101>log2​61
  4. (D) 設 f(x)=loga​x,f(x4)=4f(x) 對任意實數恆成立
  5. (E) 設 f(x)=loga​x,且 0<x1​<x2​,則 f(x1​)<f(x2​)
二、多重選擇題(每題 6 分,共 12 分,答錯 1 個選項給 4 分,答錯 2 個選項給 2 分,答錯 3 個以上不給分)
3
下列敘述哪些是正確的?
  1. (A) 滿足 4x=5 的實數 x 可以表為 x=log4log5​
  2. (B) log3​5=log5​31​
  3. (C) log2​x 恆為正數
  4. (D) log2a​2b=ab​
  5. (E) 2100 乘開後的數字為 30 位數
4
下列有關指、對數函數及其圖形的敘述哪些是正確的?
  1. (A) y=3x 的圖形以 X 軸為漸近線
  2. (B) y=log2​x 是一個遞增函數
  3. (C) y=(21​)x 與 y=2x 之圖形對稱於 y 軸
  4. (D) y=3x 與 y=log3​x 之圖形對稱於直線 x−y=0
  5. (E) y=2x 之圖形必和任一條水平線恰有一個交點
三、填充題(依配分表給分,共 58 分)
5
已知 2k=7,則 k 以對數表示為 ____。
6
log5​625= ____
7
log9​x=−2,則 x= ____。
8
請計算 log25​7×log9​5×log7​27= ____。
9
若 log2​3=a,log3​5=b,試以 a、b 表示 log6​15= ____。
10
已知 log3≈0.4771,估計 (31​)100 的近似值後,可以發現此小數在小數點後第 ____ 位不為 0。
11
方程式 log3​(2x−1)=log9​(x2−x+7) 的解為 ____。
12
設 a=log31​​5,b=log31​​51​,c=log51​​3,d=log51​​31​,試比較 a、b、c、d 之大小順序為 ____。
13
設 y=loga​(x+2) 的圖形通過 (1, 2),(b, 0),(7, c) 三點,試求數對 (b, c)= ____
14
半衰期為放射性物質衰變至原數量一半所需的時間,已知有一種過度金屬元素 Sg269(喜),原本質量 80g,一小時後質量剩下 5g,請問該元素的半衰期為 ____ 分鐘
四、計算素養題(依配分,兩題共 18 分)
第 15~17 題為題組(原卷計算第 1 題)(第 15~17 題) 實驗室某種藥品 A 注射到身體內,在血液中的殘餘量可用以下的指數函數描述:y=5×3−0.2t,其中 t 是注射後時間(單位:小時),y 是藥品 A 在體內的殘餘量(單位:mg),試問:
15
(1) 一開始注射多少 mg 的藥品?(3 分)
16
(2) 10 小時後,藥品 A 在體內的殘餘量為多少 mg?(3 分)
17
(3) 幾個小時後藥品 A 在體內的殘餘量會小於 0.2mg?(4 分)
第 18~19 題為題組(原卷計算第 2 題)(第 18~19 題) 心理學有一個著名的法則稱為希克-海曼定律,描述了一個人面對可能的選擇要做出決定所需花費的時間:選擇的數量增加將增加決策時間,同時也滿足對數函數模型。假設某人在做決定的時候有 n 個選擇(n 為正整數),做出決定的時間為 T(秒鐘),並滿足 T=blog2​(n+1),b 為一常數。網紅阿男到知名西餐廳相親,點餐時有 3 種湯品可以選擇,阿男花了 40 秒鐘做出決定,請問:
18
(1) 此處的常數 b=?(3 分)
19
(2) 阿男在決定附餐飲料的時候花了 80 秒鐘,那麼餐廳提供了幾種附餐飲料的選擇?(5 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(C)
第 2 題(C)
第 3 題(A)(B)(D)(若 (D) 讀作 log2a​2b 則為 (A)(B))
第 4 題(A)(B)(C)(D)
第 5 題k=log2​7
第 6 題4
第 7 題811​
第 8 題43​
第 9 題1+aa+ab​
第 10 題48
第 11 題x=2
第 12 題b>d>c>a
第 13 題(−1, 4)
第 14 題15
第 15 題5 mg
第 16 題95​ mg
第 17 題t>10log3​5(約 14.65 小時後)
第 18 題b=20
第 19 題15 種
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

每一題,錯在哪一步

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01單選第 1、2 題:對數的定義與對數律、指數與對數函數的單調性

第 1 題

答案 (C)。

(A) 錯誤。 真數必須大於 0,log2​(−5) 沒有意義。左邊 log2​(−5)2=log2​25 有意義,但不能用對數律寫成 2log2​(−5)。

(B) 錯誤。 底數必須大於 0 且不等於 1,log−2​4 沒有意義(雖然 (−2)2=4)。

(C) 正確。 e0=1,所以 loge​1=0。

(D) 錯誤。 log18−log6=log618​=log3,不是 log12。

(E) 錯誤。 log5+log2=log(5×2)=log10=1,不是 10。

對數 loga​b 有意義的條件:a>0、a=1、b>0,三個缺一不可。
第 2 題

答案 (C)。

(A) 錯誤。 要看底數:0<a<1 時 y=ax 遞減,例如 a=21​,x1​=1>x2​=0,但 (21​)1=21​<1=(21​)0;a=1 時兩邊相等。

(B) 錯誤。 底數 0.2<1,y=(0.2)x 遞減,指數愈大值愈小。21​>31​>41​,所以 (0.2)21​<(0.2)31​<(0.2)41​,不等號方向剛好相反。

(C) 正確。 底數 2>1,y=log2​x 遞增,141>101>61,所以 log2​141>log2​101>log2​61。

(D) 錯誤。 f(x)=loga​x 只在 x>0 時有定義。例如 x=−1 時,f(x4)=loga​1=0,但 f(−1) 沒有意義,所以不是「對任意實數」都成立;只有 x>0 時才有 loga​x4=4loga​x(底數 a 也須 a>0、a=1,f 才有意義)。

(E) 錯誤。 要看底數:0<a<1 時 loga​x 遞減,例如 a=21​,log21​​1=0>log21​​2=−1。

指數函數 ax 與對數函數 loga​x:a>1 時遞增,0<a<1 時遞減。題目沒說底數大於 1,就不能直接斷定遞增。
判斷對數式先檢查底數、真數有沒有意義;判斷大小先看底數是大於 1 還是小於 1。

02多重選擇第 1、2 題(本頁第 3、4 題):換底公式與位數、指數與對數函數的圖形

第 3 題

答案 (A)(B)(D)。

(A) 正確。 4x=5 兩邊取常用對數:xlog4=log5,所以 x=log4log5​(也就是 log4​5)。

(B) 正確。 由換底公式,log3​5=log3log5​,log5​3=log5log3​,兩者互為倒數,所以 log3​5=log5​31​。

(C) 錯誤。 0<x≤1 時 log2​x≤0,例如 log2​21​=−1、log2​1=0。

(D) 正確。 原卷 a、b 的位置比前面的 2 高(字沒有縮小),依上標讀作 log2a​2b。由換底公式 log2a​2b=log2alog2b​=alog2blog2​=ab​(a=0 時底數 2a=1)。若讀成 log2a​2b 則不一定成立,例如 a=2、b=4 時 log4​8=23​=2。

(E) 錯誤。 2100=102410>(103)10=1030;又 102410<(1.1×103)10=1.110×1030,而 1.12=1.21,1.110=1.215<1.55<10,所以 2100<1031。1030<2100<1031,2100 是 31 位數。

2100=1267650600228229401496703205376,共 31 位。也可以用課本常用值 log2≈0.3010(卷面未給):log2100≈30.10,同樣得 31 位。正數 N 的 logN 介於 n 與 n+1 之間(n 為非負整數)時,N 是 n+1 位數。
第 4 題

答案 (A)(B)(C)(D)。

(A) 正確。 3x>0,且 x 愈小 3x 愈接近 0,圖形往左愈來愈貼近 X 軸但不相交,X 軸是漸近線。

(B) 正確。 底數 2>1,y=log2​x 是遞增函數。

(C) 正確。 (21​)x=2−x。點 (p, q) 在 y=2x 上,即 q=2p,則它對 y 軸的對稱點 (−p, q) 滿足 q=2−(−p),在 y=2−x 上,所以兩圖形對稱於 y 軸。

(D) 正確。 直線 x−y=0 就是 y=x。y=log3​x 與 y=3x 互為反函數:點 (p, q) 在 y=3x 上(q=3p),等價於 (q, p) 在 y=log3​x 上(p=log3​q),兩圖形對稱於直線 y=x。

(E) 錯誤。 2x>0,水平線 y=k 在 k≤0 時與圖形沒有交點,例如 y=−1。只有 k>0 時才恰有一個交點。

指數函數的值域是所有正實數,所以只有在 X 軸上方的水平線才會和它相交。
y=ax 的圖形恆在 X 軸上方、以 X 軸為漸近線;y=ax 與 y=loga​x 對稱於 y=x;y=ax 與 y=(a1​)x 對稱於 y 軸。

03填充第 1~5 題(本頁第 5~9 題):指數與對數互換、換底公式

第 5 題由對數的定義,ak=N 等價於 k=loga​N。2k=7,所以 k=log2​7。
k=log2​7 介於 2 與 3 之間,因為 22=4<7<8=23。
第 6 題625=54,所以 log5​625=log5​54=4。
52=25,53=125,54=625。
第 7 題log9​x=−2 等價於 x=9−2=921​=811​。
真數 811​>0,符合對數有意義的條件。
第 8 題

用換底公式全部化成常用對數:

log25​7×log9​5×log7​27=2log5log7​×2log3log5​×log73log3​=43​

其中 log25=2log5、log9=2log3、log27=3log3,log7、log5、log3 都約掉。

連乘的換底式,分子分母會像接龍一樣約掉,只剩下指數的比。
第 9 題

用換底公式化成以 2 為底:log6​15=log2​6log2​15​。

分母:log2​6=log2​2+log2​3=1+a。

分子:log2​15=log2​3+log2​5。又 log2​5=log2​3×log3​5=ab(換底公式),所以 log2​15=a+ab。

因此 log6​15=1+aa+ab​。

log2​3×log3​5=log2log3​×log3log5​=log2log5​=log2​5。答案也可寫成 1+aa(1+b)​。
指數式與對數式互換:ak=N⟺k=loga​N;不同底的對數先用換底公式化成同一個底再算。

04填充第 6~10 題(本頁第 10~14 題):小數的位數、對數方程式、對數比較大小、半衰期

第 10 題

log(31​)100=−100log3≈−47.71。

把它寫成「整數+介於 0 與 1 的小數」:−47.71=−48+0.29。

所以 (31​)100≈100.29×10−48,而 1<100.29<10,也就是 (31​)100 是「一點多」乘以 10−48。

10−48 的 1 在小數點後第 48 位,所以這個小數從小數點後第 48 位起才不為 0。答案是 48。

100.29≈1.95,所以 (31​)100≈1.95×10−48,小數點後先有 47 個 0,第 48 位是 1。
第 11 題

先列真數為正的條件:2x−1>0,即 x>21​(此時 x2−x+7>0 也成立)。

把右邊化成以 3 為底:log9​(x2−x+7)=log3​9log3​(x2−x+7)​=21​log3​(x2−x+7)。

原式兩邊乘 2:2log3​(2x−1)=log3​(x2−x+7),即 log3​(2x−1)2=log3​(x2−x+7),所以

(2x−1)2=x2−x+7

4x2−4x+1=x2−x+7,3x2−3x−6=0,x2−x−2=0,(x−2)(x+1)=0,x=2 或 x=−1。

x=−1 不滿足 x>21​,不合。所以解為 x=2。

代回檢查:x=2 時左邊 log3​3=1,右邊 log9​(4−2+7)=log9​9=1,相等。
第 12 題

先把底數 31​、51​ 換掉:log31​​N=−log3​N,log51​​N=−log5​N。

a=log31​​5=−log3​5;b=log31​​51​=log3​5;c=log51​​3=−log5​3;d=log51​​31​=log5​3。

因為 5>3,log3​5>log3​3=1;因為 1<3<5,0<log5​3<log5​5=1。

所以 b>1,0<d<1,−1<c<0,a<−1,大小順序為 b>d>c>a。

近似值:b≈1.465,d≈0.683,c≈−0.683,a≈−1.465。
第 13 題

圖形通過 (1, 2):loga​(1+2)=2,a2=3。底數 a>0 且 a=1,所以 a=3​。

通過 (b, 0):log3​​(b+2)=0,b+2=1,b=−1。

通過 (7, c):c=log3​​(7+2)=log3​​9。因為 (3​)4=9,所以 c=4。

數對 (b, c)=(−1, 4)。

對數函數的圖形一定通過真數為 1 的點,函數值是 0,所以 (b, 0) 這一點與底數無關。
第 14 題

設半衰期為 T 分鐘。一小時是 60 分鐘,經過了 T60​ 個半衰期,質量變成

80×(21​)T60​=5

所以 (21​)T60​=805​=161​=(21​)4,得 T60​=4,T=15。半衰期為 15 分鐘。

也可以直接數:80→40→20→10→5,減半了 4 次,60÷4=15。Sg 的中文名是金字旁的「𨭎」,卷面印作「喜」,題目照原字保留。
負的對數要寫成「負整數+介於 0 與 1 的小數」再判斷位數;解對數方程式先列真數為正,最後把不合的根刪掉。

05計算第 1 題(本頁第 15~17 題):藥品殘餘量的指數模型

第 15 題一開始注射時 t=0:y=5×3−0.2×0=5×30=5。一開始注射 5 mg 的藥品。
y=5×3−0.2t 中 3 的次方前面的係數 5,就是 t=0 時的量。
第 16 題t=10:y=5×3−0.2×10=5×3−2=95​。10 小時後殘餘量為 95​ mg。
約 0.56 mg。
第 17 題

要 5×3−0.2t<0.2,兩邊除以 5:3−0.2t<50.2​=251​,也就是 30.2t>25。

底數 3>1,兩邊取以 3 為底的對數,不等號方向不變:0.2t>log3​25=2log3​5,所以

t>10log3​5

由換底公式 log3​5=log3log5​≈0.47710.6990​≈1.465(log3≈0.4771 是同卷填充第 6 題給的值;log5≈0.6990 卷面未給,是課本常用值),10log3​5≈14.65。所以約 14.65 小時之後,殘餘量會小於 0.2 mg;若以整數小時計,第 15 小時時已小於 0.2 mg。

檢查:t=14 時 y=5×3−2.8≈0.23 mg,還沒小於 0.2;t=15 時 y=5×3−3=275​≈0.185 mg,已小於 0.2。
指數不等式先把係數移走、化成「底數的次方和一個數比」,再取對數;底數大於 1 時不等號方向不變。

06計算第 2 題(本頁第 18、19 題):希克-海曼定律的對數模型

第 18 題湯品有 3 種選擇,n=3,T=40:40=blog2​(3+1)=blog2​4=2b,所以 b=20。
log2​4=2,因為 22=4。
第 19 題由上一小題,T=20log2​(n+1)。附餐飲料花了 80 秒:80=20log2​(n+1),log2​(n+1)=4,n+1=24=16,n=15。餐廳提供了 15 種附餐飲料的選擇。
選擇從 3 種變成 15 種,n+1 從 4 變成 16(變成 4 倍),時間從 40 秒變成 80 秒(只多一倍):選擇變多,決策時間增加得愈來愈慢。
對數模型先用已知的一組資料求出常數,再把另一組資料代入,對數式改寫成指數式解出未知數。

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第 2 題底數小於一時指數愈大值愈小,而且對數函數的底數沒說大於一就不能斷定遞增;第 3 題的二的一百次方是三十一位數;第 10 題要把負的對數寫成負四十八加零點二九;第 12 題四個對數先看正負再和正負一比;第 17 題先把不等式化成三的次方再取對數。詳解逐題寫在本頁。

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