御藍教育/段考卷/高一

段考詳解範圍:數與式、指數與常用對數

武陵高中 115 上
高一第一次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 17 題,照原卷順序

多選題 3 題(24 分,每題 8 分,錯一個選項得 5 分、錯二個得 2 分、錯三個以上或未作答得 0 分)、填充題 11 題(共 66 分,依配分表計分,配分表未印在卷面)、混合題 1 題(10 分:(1) 3 分、(2) 3 分、(3) 4 分,每一小題皆須寫出計算過程)。本頁第 4~14 題依序為原卷填充第 1~11 題,第 15~17 題為原卷混合題第 1 題的 (1)(2)(3) 小題。學校尚未公布答案,本頁答案為本站依題目計算。

一、多選題(每題8分,錯一個選項得5分,錯二個選項得2分,錯三個以上選項或未作答得0分)
1
小武在上課過程中,對於數據 (7​+5​)4 感到興趣,他令 x=7​+5​,y=7​−5​,則下列何者正確?
  1. (A) xy=2
  2. (B) x2+y2=24
  3. (C) x4+y4=568
  4. (D) y4>1
  5. (E) x4 的整數部分為 567
2
已知 a<0 且 b>0,則下列哪些選項的大小關係必定成立?
  1. (A) 2a+b​<43a+b​
  2. (B) 43a+b​<74a+3b​
  3. (C) 4a+2b​<5a+3b​
  4. (D) a<11​5​a+6​b​<b
  5. (E) 2∣a∣+∣b∣​≤2a2+b2​
3
下列哪些選項是正確的?
  1. (A) 若 a 為有理數、b 為無理數,則 12b5a​ 必為無理數
  2. (B) 任兩個相異的有理數之間至少有一個無理數
  3. (C) 525126​ 可以化為有限小數
  4. (D) 若 a=21+5​​,則 a+1​ 之值和 a 相同
  5. (E) 由 2(3x+1)2+(x+3)2​≥(3x+1)2(x+3)2​ 可知 2(3x+1)2+(x+3)2​ 的最小值產生在 (3x+1)2=(x+3)2 時
二、填充題(依配分表計分,共 66 分)
4
雖然現在的汽車可以使用年限長久,但一輛車的保養、耗材費,會因使用年限增加而有所提升,因此一輛車不太可能陪伴自己走完一生,所以換車是必須要考慮的,那麼一輛車開多久才會划算呢?假設一輛新車價為 64 萬元,第一年的維修、保養費為 1 萬元,之後每年比前一年多 2 萬元,則最佳使用年限為 ____ 年,會使得年平均總花費(包含購車的價錢)最低。(例:若使用 3 年,則其年平均總花費 =(64 萬 +1 萬 +3 萬 +5 萬 )÷3=373​)
5
有個社會學的研究發現:在總學生數為 p(百人)的高級中學,其步行速度 v(公尺/秒),可近似於以下的關係式:v=0.3(2+logp)+0.1。 請根據這個關係式,社會學家在奇異果高中統計出學生的步行速度約為 1.1029 公尺/秒,若利用上述關係來估計此高級中學的人口數,則約為 ____(百人)(以兩位有效數字表示)。 (log2.1≈0.3222、log2.2≈0.3424、log2.3≈0.3617、log2.4≈0.3802、log2.5≈0.3979)
6
設 a、b、c 為整數,且 ∣a−1∣+2∣b+2∣+4(c−3)2​=4,則序組 (a,b,c) 的解有 ____ 組。
7
有個最簡分數,其分子、分母皆為正整數且兩者之和為 35,若將此分數化為小數並四捨五入取到小數點後第一位,得到 0.6,則此分數為 ____。
8
設 b>0,若對任意正數 a,a+a9b2​≥b+10 恆成立,試問 b 的最小值為 ____。
9
設 x 為實數,若 2x−2−x23x−2−3x​=421​,試求 x= ____。
10
已知 a<0,b>0,且 a2=5​+25​−2​,b2=5​−25​+2​,則 a3−b3= ____。
11
定義區間 [a,b] 的長度為 b−a,例如區間 [−2,3] 的長度為 5。設 a、b 為實數,若不等式 ∣2x−a∣≤b 的解所形成的區間長度為 4,且 x=5 不是這個不等式的解,則 a 的範圍為 ____。
12
已知 x、y、z 為非零實數,2x=25y=10z,若 x6​+y3​=zk​,則實數 k= ____。
13
x,y 為正整數,若 22x−32y=175,試求 xy= ____。
14
2019 年谷歌的量子 AI 實驗室負責人尼文提出了未來的量子電腦會依循著「尼文定律」:經過 1,2,3,…,n 個週期後,其運算速度會變成原來的 221=22, 222=24, 223=28, ⋯, 22n 倍。設某台量子電腦經過 8 個週期後,其運算速度變為原來的 b 倍,且 b=10k,求 k= ____。(四捨五入到整數位,已知 log2≈0.3010)
三、混合題(共10分,每一小題皆須寫出計算過程,若未寫出完整過程不予給分)
混合題第 1 題(第 15~17 題) 「十二平均律」是鋼琴音階的依循規則:每一個音的弦長都是前一個音弦長的 122​ 倍。設第一個音的弦長為 1,此時,第 n 個音的弦長為 (122​)n−1。
15
(1) 選出第 5 個音的弦長。(3 分)
  1. (A) 2​
  2. (B) 32​
  3. (C) 42​
  4. (D) 62​
16
(2) 已知第 m 個音的弦長為 8,求正整數 m 的值為 ____。(3 分)
17
(3) 已知第 k 個音的弦長最接近 10,求正整數 k 的值。(log2≈0.3010)(4 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)(B)(C)(E)
第 2 題(B)(C)(D)
第 3 題(B)(C)(D)
第 4 題8
第 5 題22
第 6 題10
第 7 題2213​
第 8 題2
第 9 題1 或 −1
第 10 題−345​
第 11 題a<6 或 a>14
第 12 題6
第 13 題8
第 14 題77
第 15 題(B)
第 16 題37
第 17 題k=41
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多選題:根式、比大小與實數的性質

第 1 題答案 (A)(B)(C)(E)。 (A) 正確。 xy=(7​+5​)(7​−5​)=7−5=2。 (B) 正確。 x2+y2=(12+235​)+(12−235​)=24。 (C) 正確。 x4+y4=(x2+y2)2−2(xy)2=242−2×4=568。 (D) 錯誤。 y=7​+5​2​,而 7​+5​>2,所以 0<y<1,得 0<y4<1。 (E) 正確。 由 (C),x4=568−y4,又 0<y4<1,所以 567<x4<568,整數部分為 567。
y 很小,所以 x4 只比整數 568 少一點點;這是「共軛」根式的常見用法。
第 2 題答案 (B)(C)(D)。由 a<0<b 知 a<b,每個選項都通分後移項比較。 (A) 錯誤。 兩邊乘 4:2a+2b<3a+b 等價於 b<a,不成立。 (B) 正確。 兩邊乘 28:21a+7b<16a+12b 等價於 5a<5b,即 a<b,成立。 (C) 正確。 兩邊乘 20:5a+10b<4a+12b 等價於 a<2b,因 a<0<2b,成立。 (D) 正確。 中間的式子 =11​5​​a+11​6​​b。因 a<0 且 11​5​​<1,得 11​5​​a>a;又 11​6​​b>0,所以中間的式子大於 a。同理 11​6​​b<b 且 11​5​​a<0,所以中間的式子小於 b。 (E) 錯誤。 反例:a=−101​,b=101​,左邊 =101​,右邊 =1001​,左邊比較大。
(D) 的兩個係數相加不等於 1,不是 a,b 的分點;這裡是靠 a,b 一負一正才成立。
第 3 題答案 (B)(C)(D)。 (A) 錯誤。 反例:a=0 時 12b5a​=0 是有理數。 (B) 正確。 設有理數 p<q,則 p+2​q−p​ 是無理數(若它是有理數,移項得 2​ 為有理數,矛盾),且因 0<2​1​<1,它落在 p 與 q 之間。 (C) 正確。 126=2×32×7,525=3×52×7,約分得 256​,分母只有質因數 5,可化為有限小數 0.24。 (D) 正確。 a2=46+25​​=23+5​​=a+1,又 a>0,所以 a+1​=a2​=a。 (E) 錯誤。 右邊 (3x+1)2(x+3)2​=∣(3x+1)(x+3)∣ 會隨 x 改變,不是定值,等號成立的地方不一定是最小值。實際上 2(3x+1)2+(x+3)2​=5x2+6x+5=5(x+53​)2+516​ 最小值 516​ 在 x=−53​ 時取得;而 (3x+1)2=(x+3)2 的 x=1 或 x=−1,代入分別得 16 與 4,都不是最小值。
用算幾不等式求極值,一定要「乘積是定值」而且等號取得到。
比大小先通分移項化成最簡單的不等式;說「必為」「最小值」的敘述,找一個反例就能推翻。

02填充 1~5:算幾不等式、查表與計數

第 4 題使用 n 年的維修保養費為 1+3+5+⋯+(2n−1),把這 n 項正著寫一遍、倒著寫一遍再上下相加,每一組都是 2n,共 n 組,得 2S=2n⋅n,所以總和 S=n2(例如 1+3+5=9=32)。年平均總花費(萬元)為 n64+n2​=n+n64​ 由算幾不等式 n+n64​≥2n⋅n64​​=16,等號在 n=n64​,即 n=8 時成立。最佳使用年限為 8 年。
代回檢查:n=3 時 3+364​=373​,與題目的例子相符。
第 5 題代入 v=1.1029:0.3(2+logp)+0.1=1.1029,得 2+logp=0.31.0029​=3.343,所以 logp=1.343=1+0.343。 查表:0.343 介於 log2.2≈0.3424 與 log2.3≈0.3617 之間,且非常接近 0.3424,所以 p≈10×2.2=22(百人)。
首數 1 決定位數(乘以 10),尾數 0.343 對照表上的數字。
第 6 題(c−3)2​=∣c−3∣,原式為 ∣a−1∣+2∣b+2∣+4∣c−3∣=4,三項都是非負整數。 若 ∣c−3∣=1(c=2 或 4,2 種),則 ∣a−1∣=∣b+2∣=0,a,b 各 1 種,共 2 組。 若 ∣c−3∣=0(c=3),則 ∣a−1∣+2∣b+2∣=4: ∣b+2∣=0 時 ∣a−1∣=4,a 有 2 種,共 2 組; ∣b+2∣=1 時 b 有 2 種、∣a−1∣=2 使 a 有 2 種,共 4 組; ∣b+2∣=2 時 b 有 2 種、∣a−1∣=0 使 a 有 1 種,共 2 組。 合計 2+2+4+2=10 組。
(c−3)2​ 是 ∣c−3∣,不是 c−3;絕對值等於正數 k 時有兩個值,等於 0 時只有一個。
第 7 題設分數為 35−pp​,四捨五入得 0.6 表示 0.55≤35−pp​<0.65。 由 35−pp​≥0.55:p≥19.25−0.55p,1.55p≥19.25,p≥12.4…,所以 p≥13。 由 35−pp​<0.65:p<22.75−0.65p,1.65p<22.75,p<13.7…,所以 p≤13。 得 p=13,分數為 2213​≈0.59,且 13 與 22 互質,是最簡分數。
第 8 題由算幾不等式(a>0、b>0):a+a9b2​≥2a⋅a9b2​​=6b,等號在 a=3b 時成立,所以 a+a9b2​ 的最小值是 6b。 要對任意正數 a 都成立,只要最小值 6b≥b+10,即 5b≥10,b≥2。b 的最小值為 2。
「對任意 a 恆成立」就是「左邊的最小值也要滿足」。

03填充 6~11:指數、根式、絕對值與對數

第 9 題令 t=2x,分母 t−t−1=0,所以 x=0。由立方差公式 t3−t−3=(t−t−1)(t2+1+t−2),原式化為 4x+1+4−x=421​ 即 4x+4−x=417​。令 u=4x>0:4u2−17u+4=0,(4u−1)(u−4)=0,u=4 或 41​。所以 x=1 或 x=−1。
兩個 x 都不等於 0,分母不為 0,都要寫。
第 10 題有理化:a2=(5​+2)(5​−2)(5​−2)2​=(5​−2)2,b2=(5​+2)2。因 a<0、b>0,得 a=−(5​−2)=2−5​,b=5​+2。 a−b=−25​,ab=(2−5​)(2+5​)=−1,a2+b2=(9−45​)+(9+45​)=18。 a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)=−25​×(18−1)=−345​。
開平方時要看正負:a<0,所以 a 取負的那個根。
第 11 題∣2x−a∣≤b 有解時 b≥0,解為 −b≤2x−a≤b,即 2a−b​≤x≤2a+b​,區間長度為 b,所以 b=4。 x=5 不是解,表示 ∣10−a∣>4,即 10−a>4 或 10−a<−4,得 a<6 或 a>14。
區間長度是 2a+b​−2a−b​=b,不是 2b。
第 12 題設 2x=25y=10z=t。因 z=0,t=1,取對數得 xlog2=2ylog5=z=logt,且 logt=0。 所以 x1​=logtlog2​,y1​=logt2log5​,z1​=logt1​。 x6​+y3​=logt6log2+6log5​=logt6log10​=logt6​=z6​,故 k=6。
第 13 題22x−32y=(2x−3y)(2x+3y)=175=52×7。兩個因數都是正整數(乘積為正且 2x+3y>0),且 2x+3y>2x−3y,可能的分法為 1×175、5×35、7×25。 兩式相加得 2⋅2x 分別為 176、40、32,即 2x=88、20、16,只有 16=24 是 2 的次方。此時 3y=225−7​=9,y=2。 x=4,y=2,xy=8。
代回:28−34=256−81=175。
第 14 題經過 8 個週期後 b=228=2256。取對數:k=logb=256log2≈256×0.3010=77.056,四捨五入到整數位得 k=77。
228 是 2 的 256 次方,不是 (22)8=216。

04混合題:十二平均律

第 15 題答案 (B)。第 5 個音的弦長 =(122​)4=2124​=231​=32​。
第 16 題(122​)m−1=212m−1​=8=23,所以 12m−1​=3,m=37。
第 17 題第 k 個音的弦長為 212k−1​。令它等於 10 並取對數:12k−1​log2=1,k−1=log212​≈0.301012​≈39.87。所以要比較 k−1=39 與 k−1=40 兩個音。 k−1=40:弦長 21240​=2310​,其三次方為 210=1024,而 10.13=1030.301,所以 10<2310​<10.1,與 10 相差不到 0.1。 k−1=39:弦長 21239​=2413​,其四次方為 213=8192,而 9.94=9605.9601,所以 2413​<9.9,與 10 相差超過 0.1。 因此 k−1=40 的弦長最接近 10,k=41。
用對數估計約 39.87 後,要回頭比較相鄰兩個整數;弦長約為 10.08(k=41)與 9.51(k=40)。
等比的弦長寫成 2 的分數指數,指數方程式就變成比較指數;「最接近」要比較相鄰兩個整數的實際值。

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武陵高中 115 上 高一第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 2 題各選項要先判斷式子是不是 a 與 b 的加權平均(係數和為 1),不是的要靠 a、b 一負一正來判斷,第 3 題 (E) 用算幾不等式時右邊不是定值、等號成立處不是最小值,第 11 題 x 等於 5 不是解要翻成 a 的範圍,以及第 17 題最接近 10 要比較相鄰兩個音的弦長。詳解逐題寫在本頁。

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