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)、複數與多項式方程式

高雄新興高中 114 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 18 題,照原卷順序

多選題 4 題(每題 7 分,共 28 分;錯一個給 5 分,錯兩個給 3 分,錯三個全錯)、填充題 9 題共 11 格(每格 5 分,共 55 分)、計算題 2 題(共 17 分,配分印在題末),合計 100 分。本頁全卷連續編號:第 5~7 題是原卷填充第 1~3 題,第 8、9 題是填充第 4 題的 (1)(2),第 10、11 題是填充第 5、6 題,第 12、13 題是填充第 7 題的 (1)(2),第 14、15 題是填充第 8、9 題;第 16、17 題是原卷計算第 1 題的 (1)(2),第 18 題是計算第 2 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、多選題:28%(每題 7 分;錯一個給 5 分,錯兩個給 3 分,錯三個全錯)
1
投擲一枚不均勻的硬幣 20 次,該硬幣出現正面機率為出現反面機率的 2 倍,令隨機變數 X 表示出現反面的次數。假設 P(X=k) 為 X=k(k=0,1,2,⋯,19,20)時的機率,則下列何者正確?
  1. (A) X 的期望值為 340​
  2. (B) X 的標準差大於 2
  3. (C) P(X=6)=P(X=7)
  4. (D) P(X=13)>P(X=14)
  5. (E) P(X=8)>P(X=5)
2
新興高中舉辦英文單字比賽,試卷題目有 25 題,每道題目都是 5 選 1 的單選題,答對 1 題得 4 分,答錯不倒扣。今學生甲決定以猜答案方式作答,每題都從 5 個選項中隨機選 1 個答案作答,設隨機變數 X 為甲答對的題數,隨機變數 Y 為甲的試卷分數。試選出正確的選項。
  1. (A) E(X)=5
  2. (B) Var(X)=2
  3. (C) E(Y)=20
  4. (D) Var(Y)=16
  5. (E) E(Y2)=464。
3
請選出正確的選項。
  1. (A) 若 a,b 均為實數,且 ab>0,則 a​b​=ab​
  2. (B) 若 a,b 均為實數,且 ab>0,則 b​a​​=ba​​
  3. (C) 若 a,b 均為實數,且 a>b,則 (b−a)​=(a−b)​i
  4. (D) 若 a,b 為複數,且 a+3i=2+bi,則 a=2、b=3
  5. (E) 若 z 為複數,則 (z+1)×(z+1) 一定為實數。
4
設 f(x) 為實係數五次多項式,且 f(2i+1)=0,若已知一些 f(x) 的正、負,整理如附表: xf(x)​−1+​0−​1−​2+​​ 則下列關於 f(x) 的敘述哪些正確?
  1. (A) f(2i−1)=0
  2. (B) f(x)=0 在 −1 與 0 之間恰有一個實根
  3. (C) f(x)=0 恰有三實根兩虛根
  4. (D) f(x)=0 在 0 與 1 之間可能有實根
  5. (E) 若 f(3)<0,則 f(4)<0。
二、填充題:55%(每格 5 分,共 11 格)
5
新興公司年終尾牙活動,提供一款刮刮樂彩券。已知彩券每張有 16 格,其中有 4 個 1,4 個 2,4 個 3,4 個 4,數字任意排列。今每張彩券只能讓員工任刮 2 格,若刮出的 2 個數字相同,即可得此數字的 1000 倍獎金,否則無獎金。如果現場發給每位員工彩券 3 張,試求每位員工可獲得獎金的期望值為 ____ 元
6
根據資料顯示:一個 60 歲的人,在一年內死亡的機率為 1%,生病住院的機率為 4%,老王 60 歲,欲保一年 10 萬元的平安保險,須繳保費 2200 元。於保險期間若死亡,由保險公司給付 10 萬元,若生病住院,則給付 5000 元,求保險公司利潤的期望值為 ____ 元。
7
皮卡丘在數線上原點處,投擲 1 顆公正骰子,若出現 1 點或 2 點,則向左前進 2 格,若出現 3∼6 點,則向右前進 1 格,重複投擲 7 次,則第七次投擲後皮卡丘移動到數線上坐標為 1 的機率為 ____ .
第 8~9 題為題組(原卷填充第 4 題)(第 8~9 題) 已知甲、乙、丙三人打靶的命中率分別為 21​,31​,41​。若在每一次的打靶中,三人對同一靶面各射擊一發子彈,只要有人命中就稱為「成功命中」,並且三人射擊互不影響。令 X 代表 20 次打靶中,成功命中的次數,試問
8
(1) X 的期望值 E(X)= ____
9
(2) X 的標準差 σX​= ____
10
重複擲三顆公正的骰子,直到三顆骰子至少出現一個 5 點就停止。設隨機變數 X 的取值為擲出至少出現一個 5 點所需的次數。試求 X 的期望值為 ____ 次。
11
設 a 為實數且 z=a−i3+2i​,若 z=z,則 a 之值為 ____
第 12~13 題為題組(原卷填充第 7 題)(第 12~13 題) 設 α,β 為方程式 2x2+9x+8=0 之兩根,則
12
(1) (α​−β​)2= ____
13
(2) 2α2+10α+8β​+2β2+10β+8α​= ____
14
設 a 為實數,若方程式 x2+(3a−i)x+(18+3i)=0 有實根,則 a 值為 ____
15
設 f(x)=2x4+x3−7x2−9x+6,試求方程式 f(x)=0 的所有理根為 ____
三、計算題:17%(計算題請詳列計算過程,否則不予計分)
第 16~17 題為題組(原卷計算第 1 題)(第 16~17 題) 班上分組報告,5 人一組,老師依序給小組打分數,打分數的過程是從這 5 人中隨機點同學回答問題,點到能回答問題時即停止,否則會繼續點其他同學回答。已知第三組同學中,有 2 人沒準備,無法回答,其他 3 人則準備充分,一定能回答出問題。假設隨機變數 X 取值為這一組的點名人數,
16
(1) 試寫出 X 的機率分布表(5%)
17
(2) X 的期望值與變異數為何?(5%)
18
已知實係數方程式 x4−3x3+6x2+ax+b=0 有一根為 1−3i,求 a 與 b 的值,並求此方程式所有複數根.(7%)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(B)(C)(D)(E)
第 2 題(A)(C)(E)
第 3 題(B)(C)(E)
第 4 題(B)(C)(E)
第 5 題1500
第 6 題1000
第 7 題729224​
第 8 題15
第 9 題215​​
第 10 題91216​
第 11 題−23​
第 12 題−21​
第 13 題1649​
第 14 題−3
第 15 題2,21​
第 16 題P(X=1)=53​,P(X=2)=103​,P(X=3)=101​
第 17 題期望值 23​,變異數 209​
第 18 題a=2,b=−60;四個根為 1−3i,1+3i,3,−2
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01多選 1:二項分布的期望值、標準差與相鄰兩項的比值

1 (A)錯誤。設出現反面的機率為 p,則出現正面的機率為 2p,由 p+2p=1 得 p=31​。X 是 20 次中出現反面的次數,服從 n=20、p=31​ 的二項分布,期望值 E(X)=np=320​。選項的 340​ 是出現正面次數的期望值。
1 (B)正確。變異數 =np(1−p)=20×31​×32​=940​,標準差 =340​​。因為 40>36,所以 40​>6,標準差大於 2。
1 (C)正確。P(X=k)=Ck20​(31​)k(32​)20−k,相鄰兩項的比值是 P(X=k)P(X=k+1)​=Ck20​Ck+120​​×32​31​​=k+120−k​×21​=2(k+1)20−k​ 取 k=6,比值 =1414​=1,所以 P(X=7)=P(X=6)。
比值大於 1 表示機率還在變大,小於 1 表示開始變小。20−k>2(k+1) 即 k<6,所以機率一路增加到 X=6,X=6 與 X=7 一樣大,之後遞減。
1 (D)正確。取 k=13,比值 P(X=13)P(X=14)​=287​=41​<1,所以 P(X=13)>P(X=14)。
1 (E)正確。把 k=5,6,7 的比值連乘: P(X=5)P(X=8)​=1215​×1414​×1613​=192195​>1 所以 P(X=8)>P(X=5)。
X=8 在最高點的右邊、X=5 在左邊,不能只看離最高點多遠,要實際算比值。
比較二項分布兩個機率的大小,用相鄰兩項的比值,不必把機率算出來。

02多選 2:猜答案的題數與分數

2 (A)正確。每題猜對的機率是 51​,各題互不影響,X 服從 n=25、p=51​ 的二項分布。E(X)=np=25×51​=5。
2 (B)錯誤。Var(X)=np(1−p)=25×51​×54​=4,不是 2;2 是標準差。
2 (C)正確。答對一題得 4 分,答錯不倒扣,所以 Y=4X。E(Y)=4E(X)=20。
2 (D)錯誤。Var(Y)=Var(4X)=42Var(X)=16×4=64,不是 16。
2 (E)正確。由 Var(Y)=E(Y2)−(E(Y))2,得 E(Y2)=64+202=464。
乘上常數 a 之後,期望值乘 a,變異數乘 a 的平方。

03多選 3:負數的平方根與複數

3 (A)錯誤。ab>0 表示 a、b 同號,可能都是負數。取 a=b=−1:左邊 −1​−1​=i×i=−1,右邊 1​=1,不相等。
a<0 且 b<0 時,a​b​=∣a∣​i×∣b∣​i=−ab​。
3 (B)正確。a、b 同號(而且 b=0)。都是正數時等式就是一般的根式運算。都是負數時,b​a​​=∣b∣​i∣a∣​i​=∣b∣∣a∣​​,而 ba​=∣b∣∣a∣​>0,兩邊相等。
3 (C)正確。a>b 時 a−b>0,b−a=−(a−b)<0。負數的平方根依定義是 −(a−b)​=a−b​i。
3 (D)錯誤。a、b 是實數時才能比較實部與虛部。a、b 是複數時有別的可能,例如取 a=2−3i、b=0:左邊 =2−3i+3i=2,右邊 =2+0=2,等式成立,但 a=2、b=3。
3 (E)正確。設 z=x+yi(x、y 為實數),則 z=x−yi。乘開: (x+1+yi)(x+1−yi)=(x+1)2−(yi)2=(x+1)2+y2 結果是實數。
也可以看成 z+1=z+1​,一個複數乘以自己的共軛,等於 ∣z+1∣2。
負數的平方根一律先寫成根號乘以 i,再做乘除。

04多選 4:實係數五次方程式的根

4 (A)錯誤。先數根的個數。f(x) 是實係數多項式,1+2i 是根,所以 1−2i 也是根。由表,f(−1)>0、f(0)<0,由勘根定理,−1 與 0 之間至少有一個實根;f(1)<0、f(2)>0,1 與 2 之間也至少有一個實根。五次方程式共五個根,已經有兩個虛根、至少兩個實根,剩下的第五個根不可能是虛根(虛根要成對),所以它也是實根。結論:五個根是 1±2i 與三個實根。2i−1=−1+2i 不是實數,也不是 1±2i,所以不是根。
4 (B)正確。把 f(x) 寫成 c(x−r1​)(x−r2​)(x−r3​)(x2−2x+5),其中 x2−2x+5=(x−1)2+4 恆為正,所以 f(x) 的正負只在經過實根時改變。f(−1) 與 f(0) 異號,−1 與 0 之間的實根個數(重根重複計)是奇數;同理 1 與 2 之間是奇數個,而 f(0) 與 f(1) 同號,0 與 1 之間是偶數個。實根總共只有三個,唯一的可能是 −1 與 0 之間一個、1 與 2 之間一個、0 與 1 之間沒有,剩下一個在 −1 的左邊或 2 的右邊。所以 −1 與 0 之間恰有一個實根。
4 (C)正確。承 (A)(B),五個根是三個實根與兩個虛根 1±2i,而且三個實根落在不同的區間,彼此不相等。
4 (D)錯誤。承 (B),0 與 1 之間的實根個數是偶數,若有就至少兩個,加上另外兩個區間各一個,實根會超過三個。所以 0 與 1 之間不可能有實根。
4 (E)正確。f(2)>0 且 f(3)<0,所以 2 與 3 之間有實根,它就是第三個實根。三個實根都小於 3,x≥3 之後 f(x) 不再變號,所以 f(4) 與 f(3) 同號,f(4)<0。
先用虛根成對與次數數出實根個數,再用正負號的變化把實根分配到各區間。

05填充 5~7(原卷填充 1~3):期望值與二項分布

第 5 題先看一張彩券。從 16 格任刮 2 格,共 C216​=120 種。兩格都是同一個數字 k 有 C24​=6 種,機率是 1206​=201​,k=1,2,3,4 都一樣。一張彩券獎金的期望值是 201​×(1000+2000+3000+4000)=500 (元) 每位員工有 3 張,獎金總和的期望值是各張期望值的和,3×500=1500(元)。
第 6 題保險公司先收保費 2200 元。給付的期望值:死亡的部分 100000×1%=1000 元,生病住院的部分 5000×4%=200 元,合計 1200 元。利潤的期望值 =2200−1200=1000(元)。
題目沒有說死亡與生病住院能不能同時給付。利潤是「保費減去兩種給付」,期望值可以逐項相加,所以只要兩種給付各自照機率計算,答案都是 1000 元。
第 7 題每次向左(出現 1、2 點)的機率是 31​,向右(出現 3∼6 點)的機率是 32​。設 7 次中向左 m 次、向右 7−m 次,最後的坐標是 −2m+(7−m)=7−3m。令 7−3m=1 得 m=2,也就是恰好向左 2 次、向右 5 次。機率是 C27​(31​)2(32​)5=21×218732​=2187672​=729224​
幾個隨機變數相加時,總和的期望值就是各自期望值的和。

06填充 8~10(原卷填充 4、5):二項分布與幾何分布

第 8 題一次打靶中三人都沒命中的機率是 21​×32​×43​=41​,所以成功命中的機率 p=1−41​=43​。X 服從 n=20、p=43​ 的二項分布,E(X)=np=20×43​=15。
第 9 題承上,Var(X)=np(1−p)=20×43​×41​=415​,標準差 σX​=415​​=215​​。
第 10 題擲一次三顆骰子,三顆都不是 5 點的機率是 (65​)3=216125​,所以至少出現一個 5 點的機率 p=1−216125​=21691​。X 是第一次成功所需的次數,服從幾何分布,期望值 E(X)=p1​=91216​(次)。
91216​ 大約是 2.37,平均擲兩到三次就會出現。
「至少一個」先算「一個都沒有」的機率再用 1 去減。

07填充 11~15(原卷填充 6~9):複數與方程式

第 11 題z=z 表示 z 的虛部是 0,也就是 z 是實數。分子分母同乘 a+i: z=a2+1(3+2i)(a+i)​=a2+1(3a−2)+(2a+3)i​ 虛部為 0:2a+3=0,得 a=−23​。
驗算:a=−23​ 時 3a−2=−213​,a2+1=413​,z=−2,確實是實數。
第 12 題由根與係數關係,α+β=−29​,αβ=4。判別式 81−64=17>0,兩根是實數;兩根的積為正、和為負,所以兩根都是負數。負數的平方根要寫成 α​=−α​i、β​=−β​i,因此 α​β​=(−α)(−β)​i2=−αβ​=−2 所求 =α+β−2α​β​=−29​−2×(−2)=−21​。
若直接寫 α​β​=αβ​=2,會得到 −29​−4=−217​,差在那個負號。本題的 α​−β​ 是純虛數,平方後是負數,−21​ 是合理的。
第 13 題α 是根,所以 2α2+9α+8=0,因此 2α2+10α+8=α;同理 2β2+10β+8=β。原式變成 αβ​+βα​=αβα2+β2​=αβ(α+β)2−2αβ​ 代入 α+β=−29​、αβ=4:分子 =481​−8=449​,所求 =449​÷4=1649​。
第 14 題係數有虛數,不能用判別式。設實根為 t,代入後把實部與虛部分開: t2+3at+18+(−t+3)i=0 t、a 都是實數,所以實部與虛部都要是 0。虛部 −t+3=0 得 t=3;代入實部 9+9a+18=0,得 a=−3。
驗算:a=−3 時方程式是 x2−(9+i)x+(18+3i)=0,代 x=3 得 9−27−3i+18+3i=0。
第 15 題卷面的「所有理根」指所有的有理根。f(x) 是整係數多項式,有理根 pq​(最簡分數)必須滿足 p 整除首項係數 2、q 整除常數項 6,所以只可能是 ±1,±2,±3,±6,±21​,±23​。逐一代入:f(2)=32+8−28−18+6=0;f(21​)=81​+81​−47​−29​+6=0。所以 f(x) 有因式 (x−2)(2x−1)=2x2−5x+2,用除法得 f(x)=(2x2−5x+2)(x2+3x+3) x2+3x+3=0 的判別式 9−12=−3<0,沒有實根,更沒有有理根。所以有理根只有 2 與 21​。
根代回原方程式得到的等式,常常可以把複雜的分母換成很簡單的式子。

08計算 16~17(原卷計算 1):點名人數的機率分布

第 16 題點過的人不會再點,所以是不放回的抽取。5 人中 3 人能回答、2 人不能回答,最多點到第 3 人一定停止,X 的取值是 1,2,3。 X=1:第一個就點到能回答的,機率 53​。 X=2:第一個不能回答、第二個能回答,機率 52​×43​=103​。 X=3:前兩個都不能回答(第三個一定能回答),機率 52​×41​=101​。 機率分布表: X機率​153​​2103​​3101​​​
檢查:三個機率的和 106+3+1​=1。
第 17 題期望值 E(X)=1×106​+2×103​+3×101​=1015​=23​。 再算平方的期望值: E(X2)=1×106​+4×103​+9×101​=1027​ 變異數是 Var(X)=E(X2)−(E(X))2=1027​−49​=2054−45​=209​
不放回的抽取,每一步的分母都要少一。

09計算 18(原卷計算 2):虛根成對與四次方程式

第 18 題方程式的係數都是實數,1−3i 是根,所以 1+3i 也是根。這兩根的和為 2、積為 (1−3i)(1+3i)=10,所以左式有因式 x2−2x+10。設 x4−3x3+6x2+ax+b=(x2−2x+10)(x2+px+q) 右邊展開得 x4+(p−2)x3+(q−2p+10)x2+(10p−2q)x+10q。比較係數:x3 項 p−2=−3,得 p=−1;x2 項 q−2p+10=6,即 q+12=6,得 q=−6;x 項 a=10p−2q=−10+12=2;常數項 b=10q=−60。 所以 a=2,b=−60,方程式是 (x2−2x+10)(x2−x−6)=0。x2−x−6=(x−3)(x+2),根為 3 與 −2。四個根是 1−3i、1+3i、3、−2。
驗算:(x2−2x+10)(x2−x−6)=x4−3x3+6x2+2x−60,x3 與 x2 的係數與題目相符。
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。

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高雄新興高中 114 上 高三第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 1 題要比較二項分布相鄰兩項的機率,用相鄰兩項的比值最快,選項 C 的兩個機率恰好相等。第 4 題要先數出五個根裡有幾個實根,才能判斷每個區間裡的實根個數。第 12 題的兩根都是負數,負數的平方根要先寫成虛數再相乘,直接套用根號相乘的規則會差一個負號。第 14 題的係數有虛數,不能用判別式,要把實部與虛部分開。

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 114 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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