御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:分布與統計(離散型隨機變數、期望值、變異數與標準差、二項分布、幾何分布、檢定)、複數與多項式方程式

高雄新興高中 112 上
高三第一次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 21 題,照原卷順序

多選題 4 題(每題 6 分,共 24 分,錯一個選項扣 2 分,扣完為止)、填充題 10 題共 12 格(每格 5 分,共 60 分)、計算題 2 題共 5 小題(共 16 分,各小題配分印在題末),合計 100 分。本頁全卷連續編號:第 5 題是原卷填充第 1 題,第 6、7 題是填充第 2 題的 (1)(2),第 8~10 題是填充第 3~5 題,第 11、12 題是填充第 6 題的 (1)(2),第 13~16 題是填充第 7~10 題;第 17~19 題是原卷計算第 1 題的 (1)(2)(3),第 20、21 題是計算第 2 題的 (1)(2)。本卷沒有學校公布的答案,本頁答案為本站依題目計算。

一、多選題:每題 6 分,共 24 分(錯一個選項扣 2 分,扣完為止)
1
已知 i=−1​,試判斷下列敘述何者正確?
  1. (A) 2+3i>1+5i
  2. (B) 2​−3​​=2−3​​
  3. (C) −4​×−9​=6
  4. (D) 已知 a,b 為複數,若 a2+b2=0,則 a=0,b=0
  5. (E) i10+i11+i12+⋯+i85=0
2
若 X 為離散型隨機變數,X 的機率分布表如下: xk​P(X=xk​)​−20.4​−10.1​00.1​10.3​20.1​​ 則下列敘述哪些是正確的?
  1. (A) P(X>1)=0.1
  2. (B) P(∣X∣=1)=0.3
  3. (C) E(X)=0.4
  4. (D) E(X2)=0.16
  5. (E) σ(X)=2.24​
3
一袋中有 3 個紅球、2 個白球及 3 個黑球,今從袋中每次隨機取出 2 個球,取後放回,共取 7 次。令隨機變數 X 表示抽到兩球為同色球的次數,試問下列何者為真?
  1. (A) 隨機變數 X 可能取值為 1,2,3,4,5,6,7
  2. (B) P(X=2)=C27​(41​)2
  3. (C) P(X=2)>P(X=1)
  4. (D) X 的期望值為 47​ 次
  5. (E) X 的標準差為 421​​ 次。
4
設 f(x) 為三次實係數多項式,且知 i 為 f(x)=0 的一根,試問下列哪些選項是正確的?
  1. (A) 函數 f(x) 的圖形與 x 軸有 3 個交點
  2. (B) f(i3)=0
  3. (C) 有實數滿足 f(x)−x=0
  4. (D) 有實數滿足 f(x2)=0
  5. (E) 若 f(2)>0 且 f(4)<0,則 f(3)=0
二、填充題:每格 5 分,12 格,共 60 分(本頁第 5~16 題為原卷填充第 1~10 題的 12 格)
5
設 X 為一隨機變數,若 E(X)=2,E(X2)=9,試求 E(−2X)+Var(−2x+3)= ____(卷面 Var 內印作小寫 x,依題意為隨機變數 X)
第 6~7 題為題組(原卷填充第 2 題)(第 6~7 題) 設隨機變數 X 的機率分布表如下,且令 Y=3X+2,則: xp(x)​−12a2​0a​13a2​2a2​​
6
(1) E(Y)= ____
7
(2) Var(X)= ____
8
袋中有 4 個紅球,5 個白球,設每球被取出的機會均相等,自袋中任取 3 球,令隨機變數 X 表示取到紅球的個數,則 E(X)= ____ 個。
9
已知 b 是實數,若複數 3+2i1+bi​ 的實部與虛部相等,則 b= ____
10
袋中有大小相同的紅球 4 顆及黑球 x 顆,每次從袋中任取一球,觀察顏色後再放回袋中,共取球 n 次,設每顆球被取到的機率均等且每一次取球都為獨立事件。已知取得紅球的次數之期望值為 20 次,標準差為 4 次,則數對 (x,n)= ____
第 11~12 題為題組(原卷填充第 6 題)(第 11~12 題) 甲、乙兩人一起玩剪刀石頭布猜拳遊戲,兩人一起出拳,若每人每次出拳為剪刀、石頭、布的機率相等,每次猜拳結果互不影響,求
11
(1) 若兩人猜拳直到一人勝出就結束遊戲,求在第四次猜拳後結束遊戲的機率為 ____
12
(2) 若兩人一起猜拳 15 次,設隨機變數 X 表恰有一人勝出的次數,試求 X 的變異數為 ____
13
設 α、β 為方程式 x2+3x+16=0 的兩根,試求 (α​+β​)2= ____
14
擲兩顆公正骰子,直到兩顆骰子點數和為 7 才停止,設投擲次數的期望值為 x 次,標準差為 y 次,求 (x,y)= ____
15
從 6 張分別寫有 1,2,2,3,3,3 的紙牌中隨機取兩張,每張紙牌被取到的機會均等,依據所取的兩張紙牌數字和 k 給予獎金 10k,設隨機變數 X 表示得到的總獎金,求 P(X≤40)= ____
16
已知實係數多項式 f(x)=x3+ax2+bx+c 滿足 f(0)<0,f(2​)>0,f(7​)<0,f(12​)>0。又方程式 f(x)=0 的三根均為整數,求 a+b+c= ____
三、計算題:16 分(視過程部分給分,只有答案沒寫算式不予給分)(本頁第 17~21 題為原卷計算第 1、2 題的各小題)
第 17~19 題為題組(原卷計算第 1 題)(第 17~19 題) 已知 3+i 為實係數方程式 f(x)=x4−4x3+ax2+26x+b=0 的一個根,求
17
(1) a 與 b 的值(5 分)
18
(2) f(x)=0 所有的根。(4 分)
19
(3) 函數 f(x) 的圖形與 x 軸有幾個交點?(2 分)
第 20~21 題為題組(原卷計算第 2 題)(第 20~21 題) 小愷宣稱他在三分線投籃的命中率至少 70%,為了驗證小愷所說是否屬實,小白到籃球場看小愷表演,在三分線投 10 球,設定檢定標準 α=0.05。 X∼B(10,0.7) 的機率分布表 X=kP(X=k)​00.0000​10.0001​20.0014​30.0090​40.0368​50.1029​​ X=kP(X=k)​60.2001​70.2668​80.2335​90.1211​100.0282​​ 假設隨機變數 X 的取值為小愷在三分線投籃 10 次進球的總次數,求
20
(1) 顯著水準為 0.05 的拒絕域?(3 分)
21
(2) 若小愷擲出 6 個正面,是否拒絕小愷宣稱他在三分線投籃的命中率至少 70% 的說法?(2 分)(卷面印作「擲出 6 個正面」,依題意為投進 6 球)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(B)(E)
第 2 題(A)(E)
第 3 題(D)(E)
第 4 題(B)(C)
第 5 題16
第 6 題3
第 7 題98​
第 8 題34​
第 9 題5
第 10 題(16,100)
第 11 題812​
第 12 題310​
第 13 題5(平方根取主值;若把兩根當成負數套公式會得 −11,見詳解)
第 14 題(6,30​)
第 15 題52​
第 16 題−1
第 17 題a=−3,b=−10
第 18 題3+i,3−i,−1+2​,−1−2​
第 19 題2 個
第 20 題X≤4(進球數為 0,1,2,3,4)
第 21 題不拒絕
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多選 1~4:複數、機率分布、二項分布、實係數三次方程式

第 1 題答案 (B)(E)。(A) 錯:虛數不能比較大小,2+3i 與 1+5i 都不是實數,不等式沒有意義。(B) 對:左邊 2​−3​​=2​3​i​=23​​i;右邊 2−3​​=23​​i,兩邊相等。(C) 錯:−4​×−9​=2i×3i=6i2=−6。(D) 錯:取 a=1,b=i,則 a2+b2=1+(−1)=0,但 a、b 都不是 0。(E) 對:從 i10 到 i85 共 85−10+1=76 項,連續四項的和 ik+ik+1+ik+2+ik+3=ik(1+i−1−i)=0,76=4×19,剛好分成 19 組,總和為 0。
a<0、b<0 時 a​×b​=−ab​;負數的平方根一律先寫成 ∣a∣​i 再運算。「平方和為 0 則兩數都是 0」只對實數成立。
第 2 題答案 (A)(E)。(A) 對:X>1 只有 X=2,機率 0.1。(B) 錯:∣X∣=1 即 X=−1 或 X=1,機率 0.1+0.3=0.4。(C) 錯:E(X)=(−2)(0.4)+(−1)(0.1)+0(0.1)+1(0.3)+2(0.1)=−0.8−0.1+0.3+0.2=−0.4,差一個負號。(D) 錯:E(X2)=4(0.4)+1(0.1)+0+1(0.3)+4(0.1)=1.6+0.1+0.3+0.4=2.4;0.16 是 (E(X))2。(E) 對:Var(X)=E(X2)−(E(X))2=2.4−0.16=2.24,σ(X)=2.24​。
第 3 題答案 (D)(E)。袋中共 8 個球,任取 2 個有 C28​=28 種,兩球同色有 C23​+C22​+C23​=3+1+3=7 種,所以每次取到同色的機率 p=287​=41​。取後放回共 7 次,X 服從 n=7、p=41​ 的二項分布。(A) 錯:也可能 7 次都不同色,X 的取值是 0,1,2,…,7,少了 0。(B) 錯:P(X=2)=C27​(41​)2(43​)5,少了另外 5 次不同色的機率。(C) 錯:P(X=2)=4721×35​=475103​,P(X=1)=477×36​=475103​,兩者相等,不是大於。(D) 對:E(X)=np=7×41​=47​。(E) 對:Var(X)=np(1−p)=7×41​×43​=1621​,標準差 =421​​。
第 4 題答案 (B)(C)。f(x) 是實係數多項式,i 是根,所以 −i 也是根;三次方程式共三個根,第三個根 r 必為實數。可設 f(x)=k(x2+1)(x−r),k=0。(A) 錯:實根只有 r 一個,圖形與 x 軸只有 1 個交點。(B) 對:i3=−i,而 −i 是根,所以 f(i3)=0。(C) 對:f(x)−x 仍是三次實係數多項式,虛根成對出現,三個根不可能全是虛根,所以至少有一個實根。(D) 錯:f(x2)=0 表示 x2=i、x2=−i 或 x2=r,實數 x 只可能滿足 x2=r;當 r<0 時(例如 f(x)=(x2+1)(x+1))就沒有實數滿足,所以不一定成立。(E) 錯:由勘根定理只能知道 2 與 4 之間有實根,也就是 2<r<4,不一定是 3;例如 f(x)=−(x2+1)(x−2.5) 滿足 f(2)>0、f(4)<0,但 f(3)=0。
實係數方程式的虛根一定成對,所以奇數次的實係數方程式至少有一個實根。

02填充 5~8(原卷填充 1~3):期望值與變異數

第 5 題Var(X)=E(X2)−(E(X))2=9−4=5。E(−2X)=−2E(X)=−4;Var(−2X+3)=(−2)2Var(X)=4×5=20。所求 =−4+20=16。
Var(aX+b)=a2Var(X):加上常數不影響變異數,乘上 a 要乘 a2。
第 6 題機率總和為 1:2a2+a+3a2+a2=1,即 6a2+a−1=0,(3a−1)(2a+1)=0,a=31​ 或 a=−21​;a 本身是 X=0 的機率,不能是負的,所以 a=31​。X 取 −1,0,1,2 的機率依序為 92​,93​,93​,91​。E(X)=9−2+0+3+2​=31​,所以 E(Y)=3E(X)+2=1+2=3。
第 7 題承上,E(X2)=1×92​+0×93​+1×93​+4×91​=99​=1。Var(X)=E(X2)−(E(X))2=1−91​=98​。
第 8 題從 9 球任取 3 球共 C39​=84 種。P(X=0)=84C35​​=8410​,P(X=1)=84C14​C25​​=8440​,P(X=2)=84C24​C15​​=8430​,P(X=3)=84C34​​=844​。E(X)=840×10+1×40+2×30+3×4​=84112​=34​(個)。
檢查:四個機率的分子 10+40+30+4=84,總和為 1。

03填充 9~12(原卷填充 4~6):複數相除、二項分布與幾何分布

第 9 題分子分母同乘 3−2i:3+2i1+bi​=13(1+bi)(3−2i)​=13(3+2b)+(3b−2)i​。實部與虛部相等:3+2b=3b−2,得 b=5。
驗算:b=5 時 3+2i1+5i​=1313+13i​=1+i,實部與虛部都是 1。
第 10 題每次取到紅球的機率 p=4+x4​,取到紅球的次數服從二項分布。期望值 np=20,變異數 np(1−p)=42=16。兩式相除得 1−p=2016​=54​,p=51​,所以 n=p20​=100。再由 4+x4​=51​ 得 4+x=20,x=16。所以 (x,n)=(16,100)。
第 11 題兩人各出一拳共 3×3=9 種情形,平手(出一樣的拳)有 3 種,分出勝負有 6 種,所以每次有一人勝出的機率是 96​=32​,平手的機率是 31​。在第四次猜拳後結束,表示前三次都平手、第四次分出勝負:(31​)3×32​=812​。
第 12 題每次恰有一人勝出的機率 p=32​,猜拳 15 次,X 服從 n=15、p=32​ 的二項分布。Var(X)=np(1−p)=15×32​×31​=310​。
二項分布的期望值與變異數相除就得到 1 − p,可以先求出 p 再求 n。

04填充 13~16(原卷填充 7~10):虛根、幾何分布、累積機率、勘根

第 13 題由根與係數關係,α+β=−3,αβ=16。判別式 32−4×16=−55<0,所以兩根是共軛虛根 2−3±55​i​,不是負實數。設 α=2−3+55​i​,找平方等於 α 的複數 p+qi(p,q 為實數):p2−q2=−23​,2pq=255​​,又 p2+q2=∣α∣=αβ​=4,解得 p2=45​,q2=411​,且 p,q 同號,所以平方等於 α 的數是 ±25​+11​i​;同理平方等於 β 的數是 ±25​−11​i​。兩個平方根都取實部為正的那一個(一般所說的主值)時,α​+β​=5​,所求 =5。
用根與係數寫成 (α​+β​)2=α+β+2α​β​=−3+2α​β​,其中 α​β​ 的平方是 αβ=16,所以它是 4 或 −4:取主值時是 4,答案 5;若兩個平方根一個取正實部、一個取負實部,則是 −4,答案 −11。課本只定義負實數的平方根(−a​=a​i),沒有定義虛數的平方根,卷面這樣寫並不嚴謹;若把兩根誤當成負實數而套用 α​β​=−αβ​,也會得到 −3−216​=−11。這一題很像常見的「兩根都是負數」題型把常數項換成 16,學校當時的答案若是 −11,就是這個原因。本卷沒有學校公布的答案,本頁以主值的 5 作答。
第 14 題擲兩顆骰子共 36 種結果,點數和為 7 有 (1,6),(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1) 共 6 種,所以每次成功的機率 p=366​=61​。投擲次數服從幾何分布:期望值 x=p1​=6;變異數 =p21−p​=361​65​​=30,標準差 y=30​。所以 (x,y)=(6,30​)。
第 15 題X=10k≤40 即數字和 k≤4。從 6 張取 2 張共 C26​=15 種。和為 3:一張 1、一張 2,有 1×2=2 種;和為 4:一張 1、一張 3 有 1×3=3 種,或兩張 2 有 C22​=1 種。(和最小就是 3。)所以 P(X≤40)=152+3+1​=156​=52​。
也可以用餘事件:和為 5(一張 2、一張 3)有 2×3=6 種,和為 6(兩張 3)有 C23​=3 種,1−159​=52​。
第 16 題f(0)<0 且 f(2​)>0,由勘根定理,0 與 2​ 之間有實根;同理 2​ 與 7​ 之間、7​ 與 12​ 之間各有實根。三次方程式只有三個根,所以三個根各落在這三個區間內。三根都是整數:0<1<2​≈1.41,2​<2<7​≈2.65,7​<3<12​≈3.46,每個區間內恰好只有一個整數,所以三根是 1,2,3。f(x)=(x−1)(x−2)(x−3)=x3−6x2+11x−6,a+b+c=−6+11−6=−1。
因為 1 是根,f(1)=1+a+b+c=0,可以直接得到 a+b+c=−1,不必展開。

05計算 17~19(原卷計算 1):虛根成對與四次方程式

第 17 題f(x) 是實係數多項式,3+i 是根,所以 3−i 也是根。這兩根的和為 6、積為 (3+i)(3−i)=10,所以 f(x) 有因式 x2−6x+10。設 f(x)=(x2−6x+10)(x2+px+q),展開得 x4+(p−6)x3+(q−6p+10)x2+(10p−6q)x+10q。比較係數:x3 項 p−6=−4,得 p=2;x 項 10p−6q=26,即 20−6q=26,得 q=−1;x2 項 a=q−6p+10=−1−12+10=−3;常數項 b=10q=−10。所以 a=−3,b=−10。
驗算:(x2−6x+10)(x2+2x−1)=x4−4x3−3x2+26x−10,與題目的 x3、x 係數相符。
第 18 題承上,f(x)=(x2−6x+10)(x2+2x−1)。x2−6x+10=0 的根是 3±i;x2+2x−1=0 的根是 x=2−2±4+4​​=−1±2​。所以 f(x)=0 的四個根是 3+i、3−i、−1+2​、−1−2​。
第 19 題圖形與 x 軸的交點對應 f(x)=0 的實根。四個根中只有 −1+2​ 與 −1−2​ 是實數,而且兩個不相等,所以圖形與 x 軸有 2 個交點。
實係數方程式有一個虛根,就先用它和共軛根的和與積寫出二次因式,再比較係數。

06計算 20~21(原卷計算 2):以二項分布檢定命中率

第 20 題要檢驗的說法是「命中率至少 70%」。先假設命中率是 0.7,此時 10 球的進球數 X 服從 B(10,0.7)。進球數太少才會讓人懷疑這個說法,進球多並不會推翻「至少 70%」,所以拒絕域只取在進球數少的那一端,形如 X≤c,整個 0.05 都放在這一端,不是兩端各取 0.025,而且在假設成立時落入拒絕域的機率不能超過 α=0.05。由表從左邊累加:P(X≤3)=0.0000+0.0001+0.0014+0.0090=0.0105;P(X≤4)=0.0105+0.0368=0.0473≤0.05;P(X≤5)=0.0473+0.1029=0.1502>0.05。所以拒絕域是 X≤4,也就是進球數為 0,1,2,3,4。
第 21 題卷面印「擲出 6 個正面」,依題意是 10 球中投進 6 球,即 X=6。6 不在拒絕域 X≤4 內,所以不拒絕小愷「命中率至少 70%」的說法。
不拒絕並不表示證明了命中率至少 70%,只是這次的結果還不足以推翻它:命中率真的是 0.7 時,進 6 球以下的機率有 0.1502+0.2001=0.3503,並不罕見。
拒絕域從最不利於原說法的那一端開始累加機率,加到不超過顯著水準為止。

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高雄新興高中 112 上 高三第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 3 題的選項 C 要實際算出兩個機率,會發現恰好相等而不是大於。第 4 題的選項 D 要看實根的正負,實根是負數時就找不到實數。第 13 題的方程式判別式是負的,兩根是虛數,不能直接套用根號相乘的規則。第 20 題的拒絕域要從表的最左邊往右累加機率,加到不超過 0.05 為止。

我們學校的段考卷也可以做詳解嗎?

可以。考完把題目頁拍照或掃描,從本頁「上傳考卷」傳給我們,收到後會盡快做好放上來,一樣免費。

這份段考卷可以下載列印嗎?

可以,免註冊。PDF 是 A4 考卷格式,填充與計算題留了作答空間,最後幾頁是答案與逐題詳解。

題目取自高雄新興高中 112 學年度上學期 高三第一次段考 數學甲,由御藍教育重新打字排版;答案逐題重新計算,詳解為御藍教育撰寫。

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