御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:極限與函數(數列的極限、無窮等比級數、函數的概念與奇偶性、函數的極限、連續函數)

平鎮高中 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 20 題,照原卷順序

單選題 5 題(25 分)、多選題 4 題(20 分)、選填題 11 題(55 分)

第一部分:選擇題(佔 45 分) 壹、單選題(佔 25 分)說明:第 1 至 5 題,每題選出最適當的一個選項,劃記在答案卡之「解答欄」,每題答對得 5 分,答錯不倒扣。
1
關於函數 f(x)=x∣x∣​(x=0),下列敘述何者正確?
  1. (1) 函數 f(x) 的值域為 {1}
  2. (2) f(x) 為奇函數,圖形對稱於原點
  3. (3) f(x) 為偶函數,圖形對稱於 y 軸
  4. (4) x→−1lim​f(x)<x→0lim​f(x)
  5. (5) x→0−lim​f(x)=x→0+lim​f(x)
2
若 x→1lim​x−1ax2+x+b​=4,則 4a+2b 的值為
  1. (1) −2
  2. (2) −1
  3. (3) 0
  4. (4) 1
  5. (5) 2
3
已知無窮數列 ⟨(21​x−3)n⟩ 為收斂數列,若 x 為整數,則滿足條件的 x 有幾個?
  1. (1) 3
  2. (2) 4
  3. (3) 5
  4. (4) 6
  5. (5) 無限多個
4
求 n→∞lim​(3n​−n212+22+⋯+n2​)=
  1. (1) 31​
  2. (2) 21​
  3. (3) −21​
  4. (4) 0
  5. (5) 不存在
5
設 k 為整數,若 n→∞lim​2n+1+2×4n+k3n+2−4n+1​=−81​,則 k 的值為
  1. (1) 0
  2. (2) 1
  3. (3) −1
  4. (4) 2
  5. (5) −2
貳、多選題(佔 20 分)說明:第 6 至 9 題,每題的五個選項各自獨立,其中至少有一個選項是正確的,選出正確選項劃記在答案卡之「解答欄」。每題五個選項全部答對者得 5 分,只錯一個選項可得 3 分,錯兩個選項可得 1 分,不作答或錯三個以上選項不給分。
6
若 f(x)=⎩⎨⎧​x2−1,5x+3,x2+x+10,​當 x≤0當 0<x<5當 x≥5​,則下列敘述何者正確?
  1. (1) f(0)=3
  2. (2) f(7)=66
  3. (3) f(x)=8⇒x=1
  4. (4) f(−1)=0
  5. (5) f(5)=28
7
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​(x−1)2f(x)​=5
  4. (4) x→1lim​f(x)=0
  5. (5) x→1lim​(xf(x))=0
8
下列何者為發散數列?
  1. (1) ⟨n26​⟩
  2. (2) ⟨(10001001​)n⟩
  3. (3) ⟨3(−1)n​⟩
  4. (4) ⟨5n3n+4n​⟩
  5. (5) ⟨5n+1(−2)n​⟩
9
下列何者為真?
  1. (1) n→∞lim​(−31​)n=0
  2. (2) n→∞lim​(31​(−1)n)=0
  3. (3) n→∞lim​4n−13n+1​=0
  4. (4) n→∞lim​4n−13n+1​=43​
  5. (5) n→∞lim​4n−1n3+1​=41​
第二部分:選填題(佔 55 分)說明:1. 第 A 至 K 題,將答案劃記在答案卡之「解答欄」所標示的列號(10~35)。2. 每題完全答對給 5 分,答錯不倒扣,未完全答對不給分。(本頁第 10~20 題依序為原卷的 A~K 題)
10
已知 f(x) 為二次多項式,且滿足 x→1lim​x−1f(x)​=4,x→0lim​x−1f(x)​=3,求 f(−1)= ____。
11
求 x→−1lim​(x+1x−2​−x2+3x+22x−1​) 的值為 ____。
12
某城市的計程車車資白天計費方式為:前 1250 公尺,基本收費 80 元,超過 1250 公尺的部分,每 200 公尺加收 5 元,不足 200 公尺以 200 公尺計算。已知搭乘 x 公尺所需支付的車資為 f(x)=⎩⎨⎧​80,80+5×(−[2001250−x​]),​當 0<x≤1250當 x>1250​ 元,其中,符號 [  ] 為高斯符號。若車資 120 元最多可搭乘 k 公尺,則 k= ____。
13
求 x→2lim​∣x∣−2∣x2+3x−11∣−1​= ____。
14
若 f(x)=⎩⎨⎧​x−1kx2−x+1−k​,−5,​x=1x=1​,若 f(x) 在 x=1 處連續,求 k= ____。
15
已知 n→∞lim​(an+5−n+22n2−3n−1​)=b,其中 a,b 為實數,求數對 (a,b)= ____。
16
試求 n→∞lim​(3n+1n2+5n​−3n2+2nn3+2n2−1​)= ____。
17
試求 n→∞lim​2n+3n1+3+32+33+⋯+3n​= ____。(請化為最簡分數)
18
求 71​+725​+7319​+⋯+7n3n−2n​+⋯ 的值為 ____。
19
求 x→0lim​x(x+1)10−1​= ____。
20
已知對任意正整數 n≥3,不等式 3n≥n3 恆成立,求 n→∞lim​3nn2​ 的值為 ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(2)
第 2 題(4)
第 3 題(2)
第 4 題(3)
第 5 題(4)
第 6 題(2)(4)
第 7 題(1)(4)(5)
第 8 題(2)(3)
第 9 題(1)(3)(4)
第 10 題−4
第 11 題−4
第 12 題2850
第 13 題−7
第 14 題−2
第 15 題(2, 12)
第 16 題910​
第 17 題23​
第 18 題207​
第 19 題10
第 20 題0
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 1~5:奇偶函數、由極限求係數、數列的極限

第 1 題答案 (2)。x>0 時 f(x)=xx​=1,x<0 時 f(x)=x−x​=−1。(1) 值域是 {1,−1},錯。(2) f(−x)=−x∣−x∣​=−x∣x∣​=−f(x),是奇函數,圖形對稱於原點,對。(3) 例如 f(−1)=−1=f(1)=1,不是偶函數,錯。(4) x→−1lim​f(x)=−1,但 x→0lim​f(x) 不存在(見 (5)),無法比較大小,錯。(5) x→0−lim​f(x)=−1,x→0+lim​f(x)=1,兩者不相等,錯。
左極限與右極限不相等時,x→0lim​f(x) 不存在,所以 (4) 的不等式右邊沒有意義,不能把它當成 1 來比。
第 2 題答案 (4)。x→1 時分母趨近 0,極限要存在,分子也必須趨近 0:a+1+b=0,即 b=−(a+1)。分子 ax2+x−(a+1)=(x−1)(ax+a+1),所以極限 =x→1lim​(ax+a+1)=2a+1=4,得 a=23​,b=−25​。4a+2b=6−5=1。
第 3 題答案 (2)。這是公比 r=21​x−3 的等比數列 ⟨rn⟩,收斂的條件是 −1<r≤1。−1<21​x−3≤1,2<21​x≤4,4<x≤8。整數 x=5,6,7,8,共 4 個。
r=1(x=8)時數列每一項都是 1,收斂,要算進去;r=−1(x=4)時數列在 −1、1 之間跳動,發散,不算。
第 4 題答案 (3)。12+22+⋯+n2=6n(n+1)(2n+1)​,所以 n212+22+⋯+n2​=6n(n+1)(2n+1)​=6n2n2+3n+1​。括號內 =6n2n2​−6n2n2+3n+1​=6n−3n−1​,分子分母同除以 n:6−3−n1​​→−21​。
兩項各自都發散到無限大,不能分開取極限再相減;要先通分合併成一個分式。
第 5 題答案 (4)。底數最大的是 4,分子分母同除以 4n:分子 =9(43​)n−4→−4;分母 =2(21​)n+2⋅4k→2⋅4k。所以 2⋅4k−4​=−81​,4k=16,k=2。
分母趨近 0 而極限存在,分子一定也趨近 0;指數型的數列同除以底數最大的那一項。

02多選 6~9:分段函數、極限的運算性質、收斂與發散

第 6 題答案 (2)(4)。先看 x 落在哪一段再代入。(1) 0≤0 用第一段:f(0)=0−1=−1,錯。(2) 7≥5 用第三段:f(7)=49+7+10=66,對。(3) 三段分別解 f(x)=8:第一段 x2−1=8,x=±3,只有 x=−3 符合 x≤0;第二段 5x+3=8,x=1,符合 0<x<5;第三段 x2+x+10=8 即 x2+x+2=0,判別式 1−8<0 無實根。所以 x=1 或 x=−3,不能推得 x=1,錯。(4) f(−1)=1−1=0,對。(5) 5≥5 用第三段:f(5)=25+5+10=40,錯。
(5) 的 28 是把 x=5 代進第二段 5x+3 的結果,但第二段不含 x=5。(3) 要三段都解過,才知道有沒有別的 x。
第 7 題答案 (1)(4)(5)。(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)​→25​,錯。(4) f(x)=x−1f(x)​⋅(x−1)→5⋅0=0,對。(5) xf(x)→1⋅0=0,對。(3) 若 x→1lim​(x−1)2f(x)​ 存在,設為 L,則 x−1f(x)​=(x−1)2f(x)​⋅(x−1)→L⋅0=0,與已知的 5 矛盾,所以這個極限不存在,錯。
可以拿 f(x)=5(x−1) 當例子檢查:(3) 變成 x−15​,x→1 時極限不存在。
第 8 題答案 (2)(3)。(1) n26​→0,收斂。(2) 公比 10001001​>1,(10001001​)n 會愈來愈大、超過任何定數,發散。(3) 各項為 −31​,31​,−31​,31​,⋯,在兩個值之間跳動,不趨近單一的數,發散。(4) 5n3n+4n​=(53​)n+(54​)n→0,收斂。(5) 5n+1(−2)n​=51​(−52​)n→0,收斂。
(2) 的公比只比 1 大一點,前幾項看起來幾乎不動,但只要公比大於 1 就發散。
第 9 題答案 (1)(3)(4)。(1) 公比 −31​,​−31​​<1,極限為 0,對。(2) 數列是 −31​,31​,−31​,⋯,極限不存在,錯。(3) 分子分母同除以 4n:1−(41​)n(43​)n+(41​)n​→10​=0,對。(4) 同除以 n:4−n1​3+n1​​→43​,對。(5) 分子三次、分母一次,同除以 n 得 4−n1​n2+n1​​,分子愈來愈大,極限不存在,錯。
(1) 與 (2) 的差別在 n 次方作用在哪裡:(1) 是整個 −31​ 的 n 次方,(2) 只有 −1 的 n 次方,31​ 不會變小。
分段函數先判斷 x 落在哪一段;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 10~14(原卷 A~E):函數的極限、高斯符號與連續

第 10 題x→1 時分母趨近 0 而極限存在,所以 f(1)=0,f(x) 有因式 x−1。設 f(x)=(x−1)(ax+b),則 x→1lim​x−1f(x)​=a+b=4。x→0 時分母趨近 −1,不為 0,直接代入:−1f(0)​=3,f(0)=−3;而 f(0)=−b,所以 b=3,a=1。f(x)=(x−1)(x+3),f(−1)=(−2)(2)=−4。
第二個條件是 x→0,分母不會變成 0,不要也當成「分子趨近 0」來處理。
第 11 題x2+3x+2=(x+1)(x+2),通分:(x+1)(x+2)(x−2)(x+2)−(2x−1)​=(x+1)(x+2)x2−2x−3​=(x+1)(x+2)(x−3)(x+1)​=x+2x−3​(x=−1)。x→−1 時趨近 1−4​=−4。
第 12 題120>80,所以 x>1250。80+5×(−[2001250−x​])=120,得 [2001250−x​]=−8。由高斯符號的定義,−8≤2001250−x​<−7,各乘以 200:−1600≤1250−x<−1400,所以 2650<x≤2850。最多可搭乘 k=2850 公尺。
用題意檢查:120−80=40 元是 8 段,每段 200 公尺共 1600 公尺,1250+1600=2850。再多 1 公尺就進入第 9 段,車資變成 125 元。
第 13 題x=2 時 x2+3x−11=−1<0,所以 x 在 2 附近時 x2+3x−11<0,∣x2+3x−11∣=−(x2+3x−11);又 x 在 2 附近為正,∣x∣=x。原式 =x−2−(x2+3x−11)−1​=x−2−(x2+3x−10)​=x−2−(x+5)(x−2)​=−(x+5),x→2 時趨近 −7。
去絕對值前先把 x=2 代進絕對值裡面看正負;裡面是負的,去掉絕對值要加負號。若當成正的直接拿掉,分子在 x=2 會變成 −2,就約不掉 x−2。
第 14 題在 x=1 連續的條件是 x→1lim​f(x)=f(1)=−5。x=1 時,分子 kx2−x+1−k=k(x2−1)−(x−1)=(x−1)(k(x+1)−1),所以 f(x)=k(x+1)−1,x→1lim​f(x)=2k−1。2k−1=−5,k=−2。
分式的極限遇到分母趨近 0,先把分子分解出同一個因式約掉,再代入。

04選填 15~20(原卷 F~K):數列的極限、無窮等比級數與夾擠定理

第 15 題用長除法:2n2−3n−1=(n+2)(2n−7)+13,所以 n+22n2−3n−1​=2n−7+n+213​。括號內 =(a−2)n+12−n+213​。若 a=2,(a−2)n 的絕對值會愈來愈大,極限不存在;所以 a=2,此時極限 b=12−0=12。(a,b)=(2,12)。
第 16 題兩項各自發散,先通分。分母 (3n+1)(3n2+2n)=9n3+9n2+2n;分子 (n2+5n)(3n2+2n)−(n3+2n2−1)(3n+1)=(3n4+17n3+10n2)−(3n4+7n3+2n2−3n−1)=10n3+8n2+3n+1。所以原式 =n→∞lim​9n3+9n2+2n10n3+8n2+3n+1​,分子分母同除以 n3,得 910​。
通分後 n4 項剛好消掉,剩下分子分母都是三次式,極限是最高次項係數的比。
第 17 題分子是首項 1、公比 3 的等比級數,從 30 到 3n 共 n+1 項,和為 3−13n+1−1​=23n+1−1​。原式 =n→∞lim​2(2n+3n)3n+1−1​,分子分母同除以 3n:2((32​)n+1)3−(31​)n​→23​。
分子共 n+1 項,不是 n 項;若當成 n 項,和會寫成 23n−1​,算出 21​。
第 18 題一般項 7n3n−2n​=(73​)n−(72​)n。兩個無窮等比級數的公比 73​、72​ 絕對值都小於 1,都收斂,可以分開求和:1−73​73​​−1−72​72​​=43​−52​=207​。
前三項 73−2​=71​、499−4​=495​、34327−8​=34319​,與題目所列相符。
第 19 題令 t=x+1,x→0 時 t→1,原式 =t→1lim​t−1t10−1​。因為 t10−1=(t−1)(t9+t8+⋯+t+1),約去 t−1 後得 t→1lim​(t9+t8+⋯+t+1)=10(共 10 項,每項趨近 1)。
也可以用二項式定理展開:(x+1)10−1=10x+45x2+⋯+x10,除以 x 後只有常數項 10 留下,其餘各項都趨近 0。
第 20 題n≥3 時 3n≥n3>0,取倒數得 3n1​≤n31​,兩邊乘以 n2:0<3nn2​≤n3n2​=n1​。因為 n→∞lim​0=0 且 n→∞lim​n1​=0,由夾擠定理,n→∞lim​3nn2​=0。
兩個都發散的式子相減,先合併成一個分式;指數成長比多項式快,用夾擠定理把它夾到 0。

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