御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:選修數學甲上冊單元一、二(數列的極限、無窮等比級數、函數的概念、函數的極限、連續函數)

平鎮高中 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 20 題,照原卷順序

單選題 3 題(每題 5 分,共 15 分)、多選題 2 題(每題 5 分,共 10 分)、選填題 15 題(每題 5 分,共 75 分),合計 100 分。第 4 題的答案照學校的標準答案 (1)(3)(4)(5),其中選項 (5) 嚴格來說要 f(x) 是多項式函數才成立,說明寫在該題詳解。答案已與學校的標準答案逐題核對,其中 1 題加了說明。

一、單選題(3 小題,每題 5 分,共 15 分)
1
試問 n→∞lim​(nn2−2​−n+1n2+3n​) 的值為何?
  1. (1) −1
  2. (2) −2
  3. (3) −3
  4. (4) −4
  5. (5) 不存在
2
試問 x→3lim​∣x∣−3x2−x−6​ 的值為何?
  1. (1) 1
  2. (2) 3
  3. (3) 5
  4. (4) 7
  5. (5) 不存在
3
已知函數 y=f(x) 的圖形如圖所示:(A) x→1lim​f(x)=1 (B) x→2lim​f(x)=0 (C) x→3lim​f(x)=2 (D) x→4lim​f(x)=2 (E) x→3lim​f(x)=1。上列 5 個極限值,正確的有哪些?
  1. (1) AB
  2. (2) AC
  3. (3) AD
  4. (4) AE
  5. (5) DE
載入中...
二、多選題(2 小題,每題 5 分,全對得 5 分,錯 1 個選項得 3 分,錯 2 個選項得 1 分,錯 3 個或 3 個以上得 0 分,共 10 分。)
4
已知函數 f(x) 滿足 x→1lim​x−1f(x)​=5,選出所有正確的選項。
  1. (1) x→1lim​(x−1f(x)​+xx−1​)=5
  2. (2) x→1lim​2(x−1)f(x)​=5
  3. (3) x→1lim​(xf(x))=0
  4. (4) x→1lim​f(x)=0
  5. (5) 函數 f(x) 在 x=1 處連續
5
下列敘述,請選出所有正確的選項:
  1. (1) 若函數 f(x)=x2+3,g(x)=x3+2,則 (g∘f)(x) 為六次多項式函數
  2. (2) 若多項式函數 f(x) 滿足 f(1)=3,則 x→1lim​f(x)=3
  3. (3) 無窮等比級數 1+(−1)+1+(−1)+⋯ 的和為 1−(−1)1​=21​
  4. (4) 函數 f(x)=x+1 的反函數為 g(x)=x−1
  5. (5) 極限 x→1lim​x−1x2−1​ 不存在
三、選填題(15 題,每題 5 分,共 75 分)
6
求 x→0lim​x1​(5−3x1​−51​)= ____。(原卷答案格:分數,分子一格、分母兩格)
7
已知 n→∞lim​(n−12n2+bn​−n+3an2+n​)=3,求數對 (a,b)= ____。(原卷為畫卡作答的答案格)
8
已知首項為 2 的無窮等比級數的和為 6,且其前 n 項的和 Sn​ 滿足 ∣6−Sn​∣<100001​,則 n 的最小值為 ____。(已知 log2≈0.3010,log3≈0.4771)(原卷答案格:兩格)
9
已知函數 f(x)=⎩⎨⎧​x−3x2−a​,b,​當 x=3當 x=3​ 在 x=3 處連續,求數對 (a,b)= ____。(原卷答案格:兩個數各一格)
10
已知 x→1lim​x−1∣3−3x−x2∣−a​=b,求數對 (a,b)= ____。(原卷答案格:兩個數各一格)
11
已知函數 f(x)={x2+5,ax+2,​當 x≥3當 x<3​ 在 x=3 處連續,則實數 a 的值 = ____。(原卷答案格:一格)
12
已知對任意正整數 n,不等式 bn​+n4n+1​≤an​≤3bn​ 恆成立,且 n→∞lim​an​=6,求 n→∞lim​bn​ 的值 = ____。(原卷答案格:一格)
13
已知無窮等比級數 a+ar+ar2+⋯+arn−1+⋯ 的和為 4,且 a2​=−3,求 n=1∑∞​ar2n−2 的值 = ____。(原卷答案格:一格)
14
已知三次多項式 f(x) 滿足 x→1lim​x−1f(x)​=1 且 x→2lim​x−2f(x)​=3,求 x→3lim​f(x)= ____。(原卷答案格:兩格)
15
已知一無窮等比級數的首項為 0.4,第二項為 0.08,求此級數的和 = ____。(原卷答案格:分數,分子、分母各一格)
16
已知 n→∞lim​(n+12n2+1​−an−b)=2,求數對 (a,b)= ____。(原卷為畫卡作答的答案格)
17
求 x→−1lim​x+1(x+2)12−1​= ____。(原卷答案格:兩格)
18
已知 x→2lim​x2−ax+bx2−4​=4,求數對 (a,b)= ____。(原卷答案格:兩個數各一格)
19
求無窮級數 53​+5215​+5363​+⋯+5n4n−1​+⋯ 的和 = ____。(原卷答案格:分數,分子兩格、分母一格)
20
甲、乙兩人輪流投擲一粒公正骰子,約定如下:當擲出點數為質數時,此人獲勝;當擲出點數不為質數時,改由另一人投擲。已知由甲先投擲,則甲獲勝的機率 = ____。(原卷答案格:分數,分子、分母各一格)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(2)
第 2 題(3)
第 3 題(4)
第 4 題(1)(3)(4)(5)(照學校的標準答案;嚴格來說 (5) 要 f 是多項式函數才成立,見詳解)
第 5 題(1)(2)(4)
第 6 題253​
第 7 題(2,−4)
第 8 題28
第 9 題(9,6)
第 10 題(1,5)
第 11 題4
第 12 題2
第 13 題8
第 14 題14
第 15 題95​
第 16 題(2,−4)
第 17 題12
第 18 題(3,2)
第 19 題415​
第 20 題32​
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 1~3:通分後取極限、含絕對值的極限、由圖形看極限

第 1 題答案 (2)。兩項各自都發散,先通分:nn2−2​−n+1n2+3n​=n(n+1)(n2−2)(n+1)−n(n2+3n)​。分子 =(n3+n2−2n−2)−(n3+3n2)=−2n2−2n−2,所以原式 =n2+n−2n2−2n−2​。分子分母同除以 n2:1+n1​−2−n2​−n22​​→−2。
兩項都發散時,極限的減法性質不能用,不可以寫成「無限大減無限大等於 0」;要先合併成一個分式。
第 2 題答案 (3)。x 在 3 附近時 x>0,所以 ∣x∣=x,分母就是 x−3。分子 x2−x−6=(x−3)(x+2),原式 =x→3lim​x−3(x−3)(x+2)​=x→3lim​(x+2)=5。
若題目問的是 x→−3,那時 ∣x∣=−x,分母是 −x−3,而分子在 x=−3 的值是 6 不是 0,極限就不存在。去絕對值要看 x 靠近哪個數。
第 3 題答案 (4)。極限看的是 x 靠近那一點時圖形趨近的高度,左右兩邊要趨近同一個高度;那一點本身的函數值不影響。(A) 圖形在 x=1 附近沒有斷開,左右都趨近高度 1,正確。(B) 從左邊靠近 2 時圖形一路往上衝,高度超過 3;從右邊靠近 2 時圖形在 x 軸下方,兩邊不趨近同一個高度,更不是 0,錯誤。(C)(E) 從左邊靠近 3 時曲線趨近空心點 (3,1),從右邊靠近 3 時斜線段也從空心點 (3,1) 出發,左右極限都是 1,所以 x→3lim​f(x)=1:(E) 正確、(C) 錯誤。實心點 (3,2) 只表示 f(3)=2。(D) 從左邊靠近 4 時斜線段趨近實心點 (4,2),左極限是 2;從右邊靠近 4 時另一條斜線段趨近空心點 (4,1),右極限是 1;左右不相等,極限不存在,錯誤。正確的是 A、E。
(C) 把函數值 f(3)=2 當成極限,(D) 只看了左邊。這兩個是最常見的誤選。
極限看的是靠近那一點時的趨勢,不是那一點的函數值;兩項都發散時先合併再取極限。

02多選 4~5:極限的運算性質、連續、合成函數與反函數

第 4 題答案 (1)(3)(4)(5)(照學校的標準答案;嚴格來說 (5) 要 f(x) 是多項式函數才成立,說明在後面)。(1) x→1lim​xx−1​=10​=0,兩個極限都存在,和的極限 =5+0=5,對。(2) 2(x−1)f(x)​=21​⋅x−1f(x)​→21​⋅5=25​,不是 5,錯。(4) x=1 時 f(x)=x−1f(x)​⋅(x−1),兩個因式的極限都存在,所以 x→1lim​f(x)=5⋅0=0,對。(3) x→1lim​(xf(x))=1⋅0=0,對。(5) 有兩種看法。學校的標準答案把 (5) 算正確:把 f(x) 看成多項式函數,多項式函數處處連續,f(1)=x→1lim​f(x)=0,在 x=1 連續。但卷面只印「函數」,沒有說是多項式函數。在 x=1 連續的意思是 f(1) 有定義,而且 x→1lim​f(x)=f(1);已知條件是 x→1 的極限,只和 x=1 的函數值有關,沒有提到 f(1)。例如 f(x)={5(x−1),1,​x=1x=1​ 滿足題目的條件,但 x→1lim​f(x)=0=f(1),在 x=1 不連續。所以只照卷面的文字,(5) 不一定成立,嚴格的答案是 (1)(3)(4)。
本頁答案照學校的標準答案寫 (1)(3)(4)(5);與嚴格推論差在選項 (5)。極限存在不等於連續,還要多檢查一件事:那一點的函數值是否等於極限值。題目若寫明是多項式函數,(5) 一定要選。
第 5 題答案 (1)(2)(4)。(1) (g∘f)(x)=g(f(x))=(x2+3)3+2,展開後最高次項是 x6,是六次多項式函數,對。(2) 多項式函數在每一點都連續,所以 x→1lim​f(x)=f(1)=3,對。(3) 公比是 −1。無窮等比級數只有在公比的絕對值小於 1 時才收斂,才能用 1−ra​;這個級數的部分和是 1,0,1,0,⋯,不趨近單一的數,級數發散,沒有和,錯。(4) 令 y=x+1,則 x=y−1,反函數為 g(x)=x−1;檢查 g(f(x))=(x+1)−1=x,對。(5) x=1 時 x−1x2−1​=x+1,x→1 時趨近 2,極限存在,錯。
(3) 代公式前要先檢查公比。(5) 分母趨近 0 不代表極限不存在,分子也趨近 0 時要先約分。
極限的四則運算只有在各個極限都存在時才能拆開;極限存在和連續是兩件事,連續還要求函數值等於極限值。

03選填 6~10:約去公因式、由極限求係數、部分和、連續的條件

第 6 題先把括號裡通分:5−3x1​−51​=5(5−3x)5−(5−3x)​=5(5−3x)3x​。乘上 x1​ 後約去 x(x=0):5(5−3x)3​。x→0 時趨近 5⋅53​=253​。
第 7 題通分:分母 (n−1)(n+3) 是二次式,分子 =(2n2+bn)(n+3)−(an2+n)(n−1)=(2−a)n3+(a+b+5)n2+(3b+1)n。極限是有限的數 3,分子不可以比分母高次,所以 n3 的係數 2−a=0,a=2。這時分子分母都是二次,極限等於 n2 的係數比:1a+b+5​=b+7=3,得 b=−4。所以 (a,b)=(2,−4)。
展開時 −(an2+n)(n−1)=−an3+an2−n2+n,中間兩項的正負號容易寫錯。
第 8 題設公比為 r。和 1−r2​=6,得 1−r=31​,r=32​。前 n 項的和 Sn​=1−32​2[1−(32​)n]​=6−6(32​)n,所以 ∣6−Sn​∣=6(32​)n。條件是 6(32​)n<10−4。兩邊取常用對數:log6+n(log2−log3)<−4。log6=log2+log3≈0.7781,log2−log3≈−0.1761,所以 0.7781−0.1761n<−4,n>0.17614.7781​≈27.1。n 的最小值為 28。
除以 −0.1761(或把它移項)時不等號方向要注意;n=27 時 6(32​)27≈1.06×10−4,還差一點,所以是 28 不是 27。
第 9 題在 x=3 連續,表示 x→3lim​x−3x2−a​=f(3)=b。x→3 時分母趨近 0,極限要存在,分子也必須趨近 0:9−a=0,a=9。此時 x−3x2−9​=x+3(x=3),極限為 6,所以 b=6。(a,b)=(9,6)。
第 10 題x→1 時分母趨近 0,極限要存在,分子也必須趨近 0:∣3−3−1∣−a=1−a=0,a=1。接著去絕對值:x=1 時 3−3x−x2=−1<0,所以 x 在 1 附近時 ∣3−3x−x2∣=x2+3x−3。分子 =x2+3x−3−1=x2+3x−4=(x−1)(x+4),極限 =x→1lim​(x+4)=5,b=5。(a,b)=(1,5)。
去絕對值前先把 x=1 代進絕對值裡面看正負。若直接把絕對值拿掉,分子會變成 2−3x−x2,在 x=1 是 −2,就做不下去。
分母趨近 0 而極限存在,分子一定也趨近 0,這個條件先拿來求一個未知數。

04選填 11~15:分段函數的連續、夾擠定理、無窮等比級數

第 11 題f(3)=32+5=14,右極限 x→3+lim​(x2+5)=14,左極限 x→3−lim​(ax+2)=3a+2。在 x=3 連續,左極限要等於右極限也等於 f(3):3a+2=14,a=4。
第 12 題把 bn​ 夾起來。由右邊的不等式 an​≤3bn​ 得 bn​≥3an​​;由左邊的不等式得 bn​≤an​−n4n+1​。所以 3an​​≤bn​≤an​−(4+n1​)。n→∞ 時,左邊趨近 36​=2,右邊趨近 6−4=2。兩邊的極限都是 2,由夾擠定理,n→∞lim​bn​=2。
題目沒有先說 ⟨bn​⟩ 收斂,所以不能直接對不等式兩邊取極限;要先把 bn​ 單獨夾在中間,再用夾擠定理。
第 13 題第二項 a2​=ar=−3,級數和 1−ra​=4(要收斂,所以 ∣r∣<1)。由和得 a=4(1−r),代入 ar=−3:4r(1−r)=−3,4r2−4r−3=0,(2r−3)(2r+1)=0,r=23​ 或 −21​。∣r∣<1,所以 r=−21​,a=4⋅23​=6。所求 n=1∑∞​ar2n−2=a+ar2+ar4+⋯ 是首項 a=6、公比 r2=41​ 的無窮等比級數,和為 1−41​6​=8。
r=23​ 要捨去:公比的絕對值大於 1,原級數不會有和。所求的級數是原級數的第 1,3,5,⋯ 項。
第 14 題x→1 與 x→2 時分母趨近 0 而極限存在,所以 f(1)=0、f(2)=0,f(x) 有因式 (x−1)(x−2)。f(x) 是三次,設 f(x)=(x−1)(x−2)(ax+b)。x→1lim​x−1f(x)​=(1−2)(a+b)=−(a+b)=1,得 a+b=−1;x→2lim​x−2f(x)​=(2−1)(2a+b)=2a+b=3。兩式相減得 a=4,b=−5,f(x)=(x−1)(x−2)(4x−5)。多項式函數連續,x→3lim​f(x)=f(3)=2⋅1⋅7=14。
第 15 題先把循環小數化成分數:0.4=94​;0.08=101​×0.8=101​×98​=454​。公比 r=454​÷94​=51​,絕對值小於 1,級數收斂。和 =1−51​94​​=94​×45​=95​。
第二項的循環節只有 8,小數點後第一位的 0 不循環,是 0.0888⋯。
無窮等比級數先確認公比的絕對值小於 1;求出兩個公比時,不合的那個要捨去。

05選填 16~20:由極限求係數、高次式的極限、級數的和與機率

第 16 題通分:n+12n2+1​−an−b=n+12n2+1−(an+b)(n+1)​=n+1(2−a)n2−(a+b)n+(1−b)​。分母是一次式,極限是有限的數 2,分子不可以比分母高次,所以 2−a=0,a=2。這時極限等於 n 的係數比:−(a+b)=−(2+b)=2,得 b=−4。(a,b)=(2,−4)。
第 17 題令 t=x+2,x→−1 時 t→1,而 x+1=t−1,原式 =t→1lim​t−1t12−1​。t12−1=(t−1)(t11+t10+⋯+t+1),約去 t−1 後是 t11+t10+⋯+t+1,共 12 項。t→1 時每一項都趨近 1,極限為 12。
t11+t10+⋯+t+1 從 t11 到 t0 共 12 項,不是 11 項。
第 18 題x→2 時分子趨近 0。若分母不趨近 0,極限會是 0,不是 4;所以分母也要趨近 0:4−2a+b=0,b=2a−4。分母 x2−ax+2a−4=(x−2)(x−a+2),分子 =(x−2)(x+2),約去 x−2:x→2lim​x−a+2x+2​=4−a4​=4,得 4−a=1,a=3,b=2。(a,b)=(3,2)。
驗算:分母 x2−3x+2=(x−1)(x−2),原式 =x−1x+2​→14​=4。
第 19 題一般項 5n4n−1​=(54​)n−(51​)n。兩個無窮等比級數的公比 54​、51​ 的絕對值都小於 1,各自收斂,可以分開求和:n=1∑∞​(54​)n=1−54​54​​=4,n=1∑∞​(51​)n=1−51​51​​=41​。所求 =4−41​=415​。
前三項 53​、2515​、12563​ 的分子正是 4−1、42−1、43−1;原級數本身不是等比級數,要拆開才能套公式。
第 20 題骰子的點數中質數是 2、3、5,擲一次出現質數的機率是 63​=21​,不是質數的機率也是 21​。甲在第 1,3,5,⋯ 次投擲。甲在第 1 次就獲勝的機率是 21​;在第 3 次獲勝,要前兩次都不是質數、第 3 次是質數,機率 (21​)2⋅21​;在第 5 次獲勝的機率是 (21​)4⋅21​;依此類推。甲獲勝的機率 =21​+21​⋅41​+21​⋅(41​)2+⋯,是首項 21​、公比 41​ 的無窮等比級數,和為 1−41​21​​=32​。
1 不是質數。同樣算乙獲勝的機率是 41​+41​⋅41​+⋯=31​,兩人相加為 1。
一般項能拆成幾個等比數列的和,就各自求和再相加;輪流進行的遊戲,把某一方在各輪獲勝的機率列出來就是等比級數。

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多選第 4 題:除以 2 倍的那個極限是二分之五不是 5,而在 x 等於 1 連續還需要函數值等於極限值,這一點題目沒有給,學校的標準答案是把 f 看成多項式函數而算它正確。選填第 8 題:部分和與 6 的差是 6 乘三分之二的 n 次方,取對數後 n 要大於 27.1,答案是 28 不是 27。選填第 12 題:要先把 b 的第 n 項單獨夾在兩個式子中間,再用夾擠定理。選填第 13 題:解出兩個公比,其中二分之三要捨去。詳解逐題寫在本頁。

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題目取自平鎮高中 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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