御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:選修數學甲上冊單元 1、2(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 113 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 5 題(25 分,每題 5 分)、多選題 5 題(25 分,每題 5 分)、選填題 10 題(50 分,每題完全答對給 5 分),合計 100 分。答案已與學校公布的答案逐題核對,20 題全部相同。

一、單選題:(25 分,每題 5 分)
1
下列各數列,何者收斂?
  1. (1) ⟨21​[1+(−1)n]⟩
  2. (2) ⟨sinnπ⟩
  3. (3) ⟨(−0.001)⋅n3⟩
  4. (4) ⟨cos2nπ​⟩
  5. (5) ⟨πn⟩
2
以下各函數圖形中,何者在 x=a 時極限值不存在?
  1. (1) 圖 (1)
  2. (2) 圖 (2)
  3. (3) 圖 (3)
  4. (4) 圖 (4)
  5. (5) 圖 (5)
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3
試求 n→∞lim​(n+1n2+1​−n−1n2+1​)=
  1. (1) 1
  2. (2) −1
  3. (3) 2
  4. (4) −2
  5. (5) 發散
4
若首項為 a,公比為 0.01 的無窮等比級數和等於循環小數 1.21,則 a=?
  1. (1) 51​
  2. (2) 52​
  3. (3) 53​
  4. (4) 54​
  5. (5) 56​
5
試問下列有關極限 x→1lim​x−1∣3−3x−x2∣−1​ 的敘述何者正確?
  1. (1) 極限不存在
  2. (2) 極限為 0
  3. (3) 極限為 5
  4. (4) 極限為 1
  5. (5) 極限為 −2
二、多選題:(25 分,每題 5 分)說明:第 6 題至第 10 題,每題有 5 個選項,其中至少有一個是正確的選項,請將正確選項畫記在答案卡之「選擇(填)題答案區」。各題之選項獨立判定,所有選項均答對者,5 分;答錯 1 個選項者,得 3 分;答錯 2 個選項者,得 1 分;答錯 3 個選項以上或所有選項均未作答者,該題以零分計算。
6
請選出正確的選項?
  1. (1) 無窮等比級數 1+(−1)+1+(−1)+⋯ 的和為 1−(−1)1​=21​
  2. (2) 若函數 f(x)=x2+3,g(x)=x3+2,則 (g∘f)(x) 為六次多項式函數
  3. (3) 函數 f(x)=x+1 的反函數為 g(x)=x−1
  4. (4) 極限 x→1lim​x−1x2−1​ 不存在
  5. (5) 若多項式函數 f(x) 滿足 f(1)=3,則 x→1lim​f(x)=3
7
請選出極限值為 0 的選項?
  1. (1) limn→∞​n2(−1)n​
  2. (2) limn→∞​6n2n+3n​
  3. (3) limn→∞​3n−22n+5​
  4. (4) limn→∞​ncosn​
  5. (5) limn→∞​6n+5n6n+1+4n​
8
設 a1​, a2​, ⋯, an​, ⋯ 是一公比為 21​ 的無窮等比數列且 a1​=1。試問以下哪些數列會收斂?
  1. (1) −a1​, −a2​, ⋯, −an​, ⋯
  2. (2) a12​, a22​, ⋯, an2​, ⋯
  3. (3) a1​1​, a2​1​, ⋯, an​1​, ⋯
  4. (4) a1​​, a2​​, ⋯, an​​, ⋯
  5. (5) loga1​, loga2​, ⋯, logan​, ⋯
9
已知數列 ⟨an​⟩、⟨bn​⟩、⟨cn​⟩、⟨dn​⟩、⟨en​⟩ 定義如下:an​=(−1)n;bn​=an​+an+1​;cn​=(−10​3​)n;dn​=3071​cn​;en​=cn​1​;其中 n=1, 2, 3, ⋯。下列選項中,請選出會收斂的無窮級數?
  1. (1) ∑n=1∞​an​
  2. (2) ∑n=1∞​bn​
  3. (3) ∑n=1∞​cn​
  4. (4) ∑n=1∞​dn​
  5. (5) ∑n=1∞​en​
10
已知多項式函數 f(x) 滿足 x→2lim​x−2f(x)​=4,下列哪些敘述正確?
  1. (1) x→2lim​(x−2f(x)​+x−1x2−4​)=4
  2. (2) x→2lim​2(x−2)f(x)​=2
  3. (3) x→2lim​(x−2)2f(x)​=4
  4. (4) x→2lim​f(x)=0
  5. (5) x→0lim​f(x+2)=0
三、選填題:(50 分,須化簡為最簡分數,每題完全答對給 5 分)(本頁第 11~20 題依序為原卷的 A~J 題)
11
已知無窮數列 ⟨an​⟩ 滿足 4nn−3​≤an​≤4nn+3​,試求 n→∞lim​an​= ____。
12
試求 n→∞lim​2+3n+5n+11+2n−1+5n​= ____。
13
如圖,ABCD 是邊長為 1 的正方形,連接正方形 ABCD 各邊的中點,可得四個等面積的正方形,將左上方的正方形塗成黑色,再連接右下方正方形各邊的中點,重複這樣的步驟會得到無窮多個正方形,試求所有黑色正方形面積的和 = ____。(卷面的附圖塗黑的是左下方的正方形,再往右上方重複;兩種畫法的黑色正方形大小都相同,面積和不受影響)
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14
設 f(x)=16+6x−x2,g(x)=x​,試求 (f∘g)(4)= ____。
15
設 [x] 表小於或等於 x 的最大整數,則 [1​]+[2​]+[3​]+⋯+[17​]= ____。
16
x→1lim​(x−11​−(x−1)(x+2)3​)= ____。
17
設 a,b 為實數,若 x→1lim​x−1x2+ax+b​=5,試求 a+2b= ____。
18
假設 f(x)=⎩⎨⎧​x−1,ax+b,3x,​x<1,1≤x≤2,x≥2,​ 求出適當 a,b,使得 f(x) 為連續函數,則 2a+b= ____。
19
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​x+4f(x)​= ____。
20
若 t 為 x2⋅3x=310 的正實根,若 t 落在兩個相鄰正整數 k 與 k+1 之間,則 k= ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(2)
第 2 題(1)
第 3 題(4)
第 4 題(5)
第 5 題(3)
第 6 題(2)(3)(5)
第 7 題(1)(2)(4)
第 8 題(1)(2)(4)
第 9 題(2)(3)(4)
第 10 題(1)(2)(4)(5)
第 11 題41​
第 12 題51​
第 13 題31​
第 14 題24
第 15 題42
第 16 題31​
第 17 題−5
第 18 題6
第 19 題2
第 20 題6
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01單選 1~5:數列的收斂、由圖形看極限、循環小數與含絕對值的極限

第 1 題答案 (2)。把前幾項寫出來看。(1) n 為奇數時 21​(1−1)=0,n 為偶數時 21​(1+1)=1,數列是 0,1,0,1,⋯,在兩個值之間跳動,發散。(2) n 是正整數時 sinnπ=0,每一項都是 0,收斂到 0。(3) −0.001n3 的絕對值隨 n 愈來愈大,沒有上限,發散。(4) cos2nπ​ 依序是 0,−1,0,1,0,−1,⋯,不趨近單一的數,發散。(5) π>1,πn 愈來愈大,發散。
(3) 的係數 0.001 很小,前幾項看起來接近 0,但 n=100 時已經是 −1000;係數大小不影響發散。
第 2 題答案 (1)。x→a 的極限存在,條件是左極限與右極限都存在而且相等,與 x=a 那一點本身有沒有定義、函數值是多少都無關。圖 (1):從左邊靠近 a 時圖形趨近實心點的高度,從右邊靠近時趨近空心點的高度,兩個高度不同,極限不存在。圖 (2):圖形沒有斷開,左右都趨近同一點,極限存在。圖 (3):左右都趨近空心點的高度,極限存在;上方的實心點只表示 f(a) 的值,不影響極限。圖 (4):f(a) 沒有定義,但左右都趨近空心點的高度,極限存在。圖 (5):圖形在 x=a 有轉折,但兩邊的線段接在同一點,左右極限相等,極限存在。
圖 (3)、(4) 是極限存在但在 x=a 不連續的例子;圖 (5) 的尖點不影響極限,也不影響連續。
第 3 題答案 (4)。兩項各自發散,先通分:(n2+1)(n+11​−n−11​)=(n2+1)⋅n2−1(n−1)−(n+1)​=n2−1−2(n2+1)​。分子分母同除以 n2:1−n21​−2(1+n21​)​→−2。
不能寫成「無限大減無限大等於 0」;兩項都發散時極限的減法性質不能用,要先合併成一個分式。
第 4 題答案 (5)。先把循環小數化成分數:1.21=1+0.21+0.0021+⋯=1+1−0.010.21​=1+9921​=3340​。公比 0.01 的絕對值小於 1,級數和為 1−0.01a​=0.99a​。所以 0.99a​=3340​,a=3340​×10099​=100120​=56​。
也可以直接看:1.21=1.2+0.012+0.00012+⋯,正是首項 1.2、公比 0.01 的無窮等比級數,所以 a=1.2=56​。
第 5 題答案 (3)。x=1 時 3−3x−x2=−1<0,所以 x 在 1 附近時 3−3x−x2<0,∣3−3x−x2∣=x2+3x−3。分子 =x2+3x−3−1=x2+3x−4=(x−1)(x+4),原式 =x→1lim​x−1(x−1)(x+4)​=x→1lim​(x+4)=5。
去絕對值前先把 x=1 代進絕對值裡面看正負。若沒變號就直接拿掉,分子在 x=1 會是 −2,就會誤判成極限不存在。
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 6~10:函數的觀念、數列與級數的收斂、極限的運算性質

第 6 題答案 (2)(3)(5)。(1) 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,⋯,發散,沒有和,錯。(2) (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。(3) 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。(4) x=1 時 x−1x2−1​=x+1,x→1 時趨近 2,極限存在,錯。(5) 多項式函數在每一點都連續,所以 x→1lim​f(x)=f(1)=3,對。
(1) 的公式只在 ∣r∣<1 時成立,代公式前要先檢查公比。(4) 分母趨近 0 不代表極限不存在,分子也趨近 0 時要先約分。
第 7 題答案 (1)(2)(4)。(1) −n21​≤n2(−1)n​≤n21​,兩邊都趨近 0,由夾擠定理極限為 0。(2) 6n2n+3n​=(31​)n+(21​)n→0。(3) 分子分母同除以 n:3−n2​2+n5​​→32​,不是 0。(4) −1≤cosn≤1,所以 −n1​≤ncosn​≤n1​,兩邊都趨近 0,由夾擠定理極限為 0。(5) 分子分母同除以 6n:1+(65​)n6+(64​)n​→6,不是 0。
(4) 的 cosn 本身不收斂,但它被夾在 −1 與 1 之間,除以愈來愈大的 n 之後就被夾到 0。(5) 分子的 6n+1=6⋅6n,極限是 6 不是 1。
第 8 題答案 (1)(2)(4)。an​=(21​)n−1。(1) −an​=−(21​)n−1→0,收斂。(2) an2​=(41​)n−1,公比 41​,趨近 0,收斂。(3) an​1​=2n−1,公比 2>1,愈來愈大,發散。(4) an​​=(2​1​)n−1,公比 2​1​ 介於 0 與 1 之間,趨近 0,收斂。(5) logan​=(n−1)log21​=−(n−1)log2,是公差 −log2 的等差數列,愈來愈小、沒有下限,發散。
(5) 取對數後等比數列變成等差數列;公差不是 0 的等差數列一定發散。
第 9 題答案 (2)(3)(4)。(1) an​ 依序是 −1,1,−1,1,⋯,部分和是 −1,0,−1,0,⋯,不趨近單一的數,級數發散。(2) bn​=(−1)n+(−1)n+1=(−1)n(1−1)=0,每一項都是 0,部分和恆為 0,級數收斂(和為 0)。(3) 這是公比 r=−10​3​ 的無窮等比級數;因為 3=9​<10​,∣r∣=10​3​<1,收斂。(4) dn​ 是首項 3071​⋅(−10​3​)、公比同為 −10​3​ 的等比數列,公比的絕對值小於 1,級數收斂。(5) en​=(−310​​)n,公比的絕對值 310​​>1,級數發散。
(1) 與 (2) 要分清楚:⟨an​⟩ 的級數發散,但 bn​ 是相鄰兩項相加,先在每一項裡面抵消成 0,所以 ⟨bn​⟩ 的級數收斂。
第 10 題答案 (1)(2)(4)(5)。(1) x→2lim​x−1x2−4​=10​=0,兩個極限都存在,和的極限 =4+0=4,對。(2) 2(x−2)f(x)​=21​⋅x−2f(x)​→21​⋅4=2,對。(4) f(x)=x−2f(x)​⋅(x−2)→4⋅0=0,對。(5) f(x) 是多項式函數,處處連續,由 (4) 得 f(2)=x→2lim​f(x)=0;令 t=x+2,x→0 時 t→2,所以 x→0lim​f(x+2)=t→2lim​f(t)=0,對。(3) 若 x→2lim​(x−2)2f(x)​ 存在,設為 L,則 x−2f(x)​=(x−2)2f(x)​⋅(x−2)→L⋅0=0,與已知的 4 矛盾,所以這個極限不存在,錯。
可以拿 f(x)=4(x−2) 當例子檢查:(3) 變成 x−24​,x→2 時極限不存在;(1) 的第二個分式分母是 x−1,在 x=2 不為 0,直接代入即可。
無窮等比級數先看公比的絕對值是否小於 1;極限的四則運算只有在各個極限都存在時才能拆開。

03選填 11~15(原卷 A~E):夾擠定理、無窮等比級數、合成函數與高斯符號

第 11 題4nn−3​=41​−4n3​→41​,4nn+3​=41​+4n3​→41​。an​ 被夾在兩個極限同為 41​ 的數列之間,由夾擠定理,n→∞lim​an​=41​。
第 12 題底數最大的是 5,分子分母同除以 5n:分子 =(51​)n+21​(52​)n+1→1;分母 =2(51​)n+(53​)n+5→5。所以極限為 51​。
2n−1=21​⋅2n、5n+1=5⋅5n,先把指數整理成 n 再同除。
第 13 題第一個黑色正方形的邊長是 21​,面積 41​。每重複一次,是在邊長減半的正方形裡做同樣的事,所以下一個黑色正方形的邊長是前一個的 21​,面積是前一個的 41​。黑色正方形的面積依序為 41​, 161​, 641​, ⋯,是首項 41​、公比 41​ 的無窮等比級數,和為 1−41​41​​=31​。
題幹的文字(塗左上方、往右下方重複)與卷面附圖(塗左下方、往右上方重複)方向不同,但每一步塗黑的正方形大小一樣,面積和都是 31​。
第 14 題(f∘g)(4)=f(g(4))。先算裡面:g(4)=4​=2;再算 f(2)=16+12−4=24。
f∘g 是先做 g 再做 f。若順序弄反算成 g(f(4)),會得到 24​=26​。
第 15 題依 k​ 落在哪兩個整數之間分組:k=1,2,3 時 1≤k​<2,[k​]=1,共 3 項;k=4 到 8 時 [k​]=2,共 5 項;k=9 到 15 時 [k​]=3,共 7 項;k=16,17 時 [k​]=4,共 2 項。總和 =1×3+2×5+3×7+4×2=3+10+21+8=42。
最後一組只到 17,只有 2 項,不是完整的 9 項(16 到 24)。
被兩個極限相同的數列夾住就用夾擠定理;圖形反覆縮小的面積和是無窮等比級數。

04選填 16~20(原卷 F~J):函數的極限、連續與中間值定理

第 16 題通分:x−11​−(x−1)(x+2)3​=(x−1)(x+2)(x+2)−3​=(x−1)(x+2)x−1​=x+21​(x=1)。x→1 時趨近 31​。
第 17 題x→1 時分母趨近 0,極限要存在,分子也必須趨近 0:1+a+b=0,即 b=−(a+1)。分子 x2+ax−(a+1)=(x−1)(x+a+1),所以極限 =x→1lim​(x+a+1)=a+2=5,得 a=3,b=−4。a+2b=3−8=−5。
第 18 題三段各自都是一次式,在各段內部連續,只要檢查接點 x=1 與 x=2。在 x=1:左極限 x→1−lim​(x−1)=0,要等於 f(1)=a+b,所以 a+b=0。在 x=2:x→2−lim​(ax+b)=2a+b,要等於 x→2+lim​3x=6,所以 2a+b=6。所求就是 2a+b=6。(兩式相減得 a=6,b=−6,確實有這樣的 a,b。)
卷面第二段與第三段都含 x=2;連續時兩段在 x=2 的值同為 6,沒有衝突。
第 19 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)。x→3 時分母 x+4 趨近 7,不為 0,直接代入:7f(3)​=72⋅1⋅7​=2。
最後一個極限的分母是 x+4,在 x=3 不為 0,不要再去找因式,直接代入。
第 20 題令 g(x)=x2⋅3x。x>0 時 x2 與 3x 都是正的而且都隨 x 增大而增大,所以 g(x) 在 x>0 是遞增函數,方程式 g(x)=310 的正實根只有一個。310=59049。試整數:g(6)=36×729=26244<59049,g(7)=49×2187=107163>59049。g(x) 是連續函數,由中間值定理,在 6 與 7 之間有一個 t 使 g(t)=310,所以 k=6。
也可以改比較 3 的次方:g(6)=36⋅36<81⋅36=310,g(7)=49⋅37>27⋅37=310,不必把數字乘出來。
分母趨近 0 而極限存在,分子一定有同一個因式;找根的位置就代整數看函數值在哪兩個數之間跨過目標值。

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平鎮高中 113 上 高三第一次段考數學哪幾題最容易錯?

多選第 10 題:除以 x 減 2 的平方的那個極限不存在,而 f 在 x 加 2 的極限要換成 f 在 2 的值來看。多選第 6 題:公比是負 1 的等比級數發散,不能代和的公式。多選第 7 題:分子是 cos n 的那個數列要用夾擠定理才看得出極限是 0。單選第 1 題:sin n 乘圓周率每一項都是 0 所以收斂,而係數很小的負 0.001 乘 n 的三次方仍然發散。詳解逐題寫在本頁。

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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。

題目取自平鎮高中 113 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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