御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:高三數學乙 單元 1-1~單元 2-1(數列的極限、Σ 與無窮等比級數、循環小數、函數的定義域與合成、分段定義函數與高斯符號)

苑裡高中 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 17 題,照原卷順序

多選題 3 題,每題 5 分,共 15 分;單選與填充題 12 題共 20 格,依答對格數給分,共 75 分;進階題 2 題共 4 格,共 10 分。答案已與學校公布的答案逐題核對

一、多選題(每題 5 分,每錯一個選項扣 2 分,扣至該題 0 分為止,共 15 分)
1
關於數列極限的運算,試選出正確的選項。
  1. (A) 若 ⟨an​⟩、⟨bn​⟩ 均為收斂數列,則 ⟨an​−3bn​⟩ 為收斂數列
  2. (B) 若 ⟨an​⟩ 為收斂數列,則 ⟨an​1​⟩ 為發散數列
  3. (C) 若 ⟨an​+bn​⟩ 為收斂數列,則 ⟨an​⟩、⟨bn​⟩ 均為收斂數列
  4. (D) 若 ⟨an​⟩、⟨an​+bn​⟩ 均為收斂數列,則 ⟨bn​⟩ 為收斂數列
  5. (E) 若 ⟨∣an​∣⟩ 為收斂數列,則 ⟨an​⟩ 為收斂數列
2
下列哪些圖形為 y 是 x 的函數?
  1. (A) 如圖 (A)
  2. (B) 如圖 (B)
  3. (C) 如圖 (C)
  4. (D) 如圖 (D)
  5. (E) 如圖 (E)
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3
下列關於極限的敘述何者為非?
  1. (A) n→∞lim​n2−5​=0
  2. (B) 若 −1<r<1,則 n→∞lim​rn=0
  3. (C) n→∞lim​2n 不存在
  4. (D) n→∞lim​(−1)n=±1
  5. (E) n→∞lim​n(−1)n​=0
二、單選與填充題(依照答案卷上標註題數給分,共 75 分;答對格數 1~20 格依序得 6、12、18、24、30、34、38、42、46、49、52、55、58、61、64、67、69、71、73、75 分)(原卷題號 1~12,本頁編為第 4~15 題)
4
下列何者為收斂數列?
  1. (A) ⟨(1.001)n⟩
  2. (B) ⟨(−0.999)n⟩
  3. (C) ⟨(2​+1)n⟩
  4. (D) ⟨(23​)n⟩
  5. (E) ⟨20242n​⟩
5
數列 a1​,a2​,… 中,其奇數項是一個公比為 31​ 的等比數列,而偶數項是一個公比為 21​ 的等比數列,且 a1​=3,a2​=2。試選出正確的選項。
  1. (A) a4​>a5​>a6​>a7​
  2. (B) a11​a10​​<10
  3. (C) n→∞lim​an​=0
  4. (D) n→∞lim​an​an+1​​=0
  5. (E) n=1∑100​an​>9
6
若 f(x)=⎩⎨⎧​3x−2,x2−3,2,​x>3−2≤x≤3x<−2​,則 f(−10)+f(10)−f(0) 的值為何?
  1. (A) 2
  2. (B) 20
  3. (C) 27
  4. (D) 30
  5. (E) 33
7
若函數 f(x)=x−1x+1​,則 f(f(x)) 等於下列哪一個選項?
  1. (A) x
  2. (B) f(x)
  3. (C) 2f(x)
  4. (D) (f(x))2
  5. (E) 2x−12x+1​
8
求出下列極限值(若發散請寫不存在):(1) n→∞lim​(3−n​) (2) n→∞lim​(n2sinn​) (3) n→∞lim​[1−109​1−(109​)n​] (4) n→∞lim​(n!2n​)
9
設數列 ⟨(1−54x​)n⟩ 收斂,試求 x 的範圍。
10
求下列級數和:(1) k=1∑20​(k2) (2) k=1∑∞​(7k3k+4k​) (3) k=3∑10​127
11
有一顆球自 20 公尺高處自由落下,假設此球每次反彈高度為上一次落下高度的 53​,試求此球自開始落下到完全靜止,總路徑長為 ____ 公尺。
12
設 [x] 為不大於 x 的最大整數,試求 [31​]+[32​]+⋯+[328​]。
13
求下列函數的定義域:(1) f(x)=2x−3​ (2) f(x)=log(−x+7)
14
已知 f(x)=x−1x​,g(x)=2x,求 (1) (f∘g)(x) (2) (g∘f)(x)
15
將下列各循環小數化為最簡分數:(1) 0.63 (2) 0.145
三、進階題(配分依照答案卷,共 10 分;第 1 題 (1) 2 分、(2) 3 分,第 2 題 (1) 2 分、(2) 3 分)(原卷題號 1~2,本頁編為第 16~17 題)
16
已知 △ABC 中,∠B=90∘,∠A=60∘,AB=1。以 A 為圓心,AB 為半徑畫弧交 AC 於 A1​,過 A1​ 作 A1​B1​​⊥BC 交 BC 於 B1​;再以 A1​ 為圓心,A1​B1​​ 為半徑畫弧交 AC 於 A2​,過 A2​ 作 A2​B2​​⊥BC 交 BC 於 B2​;如此繼續下去,可得一系列的圓弧 BA1​⌢​,B1​A2​⌢​,B2​A3​⌢​,⋯,求 (1) B1​A2​⌢​:BA1​⌢​= ____ (2) 所有弧長的總合為 ____。(附圖為示意圖,不照實際比例)
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17
在台灣,各縣市計程車費率不盡相同。以苗栗為例,前 1.25 公里內(含 1.25 公里),起跳運價為 100 元,之後每 200 公尺加收 5 元,未滿 200 公尺,以 200 公尺計算。若將上述關係表示為函數 f(x)=⎩⎨⎧​a,100−5[0.2b−x​],​0<x≤1.25x>1.25​,其中 [  ] 為高斯符號,則 (1) 數對 (a,b) (2) 在 Google 地圖上查詢,從垂坤旗艦店到國立苑裡高中距離為 6.923 公里,試算車資為 ____ 元。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)(D)
第 2 題(B)(D)(E)
第 3 題(D)
第 4 題(B)
第 5 題(C)
第 6 題(E)
第 7 題(A)
第 8 題(1) 不存在 (2) 0 (3) 10 (4) 0
第 9 題0≤x<25​
第 10 題(1) 2870 (2) 1225​ (3) 1016
第 11 題80
第 12 題51
第 13 題(1) {x∣x≥23​} (2) {x∣x<7}
第 14 題(1) 2x−12x​ (2) x−12x​
第 15 題(1) 117​ (2) 558​
第 16 題(1) 1:2 (2) 32π​
第 17 題(1) (100, 1.25) (2) 245
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:收斂數列的運算、函數的圖形、基本極限

第 1 題答案 (A)(D)。設 n→∞lim​an​=α、n→∞lim​bn​=β 時,極限的運算性質給出 n→∞lim​(an​±bn​)=α±β、n→∞lim​can​=cα。(A) 對:n→∞lim​(an​−3bn​)=α−3β。(B) 錯:例如 an​=1 時 an​1​=1,仍然收斂。(C) 錯:例如 an​=n、bn​=−n,an​+bn​=0 收斂,但 ⟨an​⟩、⟨bn​⟩ 都發散。(D) 對:bn​=(an​+bn​)−an​ 是兩個收斂數列的差,所以收斂。(E) 錯:例如 an​=(−1)n,∣an​∣=1 收斂,但 ⟨an​⟩ 在 1 與 −1 之間跳動,發散。
運算性質只能「由各自收斂推出和、差收斂」,(C) 是把方向倒過來;(D) 能成立是因為把 bn​ 改寫成兩個已知收斂數列的差。
第 2 題答案 (B)(D)(E)。y 是 x 的函數,表示每一個 x 值恰好對應一個 y 值;在圖形上就是任何一條鉛直線與圖形至多交於一點。(A) 不是:開口向右的拋物線,y 軸右邊的鉛直線與它交於上下兩點。(B) 是:開口向上的拋物線,每條鉛直線只交一點。(C) 不是:圓,穿過圓內部的鉛直線交於兩點。(D) 是:由左下往右上的曲線,每條鉛直線只交一點。(E) 是:只有上半部的圓弧,每條鉛直線至多交一點。
第 3 題答案 (D)。(A) 正確:分母 n2 越來越大,n2−5​ 趨近 0。(B) 正確:∣r∣<1 時 rn 趨近 0。(C) 正確:2n 越來越大,不趨近任何定值,極限不存在。(D) 不正確:(−1)n 的值依序是 −1,1,−1,1,…,不趨近單一個定值,所以極限不存在;極限若存在只能是一個數,不能寫成 ±1。(E) 正確:−n1​≤n(−1)n​≤n1​,兩邊都趨近 0,由夾擠定理得極限為 0。
本題問的是「何者為非」,要選的是錯誤的敘述。
數列收斂是指趨近「唯一一個」定值;在兩個值之間來回跳動的數列是發散的。

02單選題:等比數列的收斂、奇偶項分開看、分段函數、合成

第 4 題答案 (B)。等比數列 ⟨rn⟩ 收斂的條件是 −1<r≤1。(A) r=1.001>1,發散。(B) r=−0.999,−1<r<1,收斂到 0。(C) r=2​+1>1,發散。(D) r=23​>1,發散。(E) 20242n​ 是公比 2 的等比數列,發散。
1.001 與 −0.999 雖然都很接近 ±1,但只要公比的絕對值大於 1 就會越乘越大,小於 1 就會趨近 0。
第 5 題答案 (C)。本題列在單選,只有 (C) 正確。奇數項:a1​=3,a3​=1,a5​=31​,a7​=91​,一般式 a2k−1​=3(31​)k−1。偶數項:a2​=2,a4​=1,a6​=21​,一般式 a2k​=2(21​)k−1。(A) 錯:a5​=31​<a6​=21​。(B) 錯:a10​=2(21​)4=81​,a11​=3(31​)5=811​,a11​a10​​=881​=10.125>10。(C) 對:奇數項與偶數項都是公比絕對值小於 1 的等比數列,都趨近 0,所以 n→∞lim​an​=0。(D) 錯:n=2k−1 時 a2k−1​a2k​​=32​(23​)k−1 會越來越大,極限不存在。(E) 錯:前 100 項含奇數項、偶數項各 50 項,奇數項的和 =1−31​3(1−(31​)50)​<29​,偶數項的和 =1−21​2(1−(21​)50)​<4,總和小於 217​=8.5,不會大於 9。
第 6 題答案 (E)。依 x 落在哪一段代入:−10<−2,f(−10)=2;10>3,f(10)=3×10−2=28;−2≤0≤3,f(0)=02−3=−3。所以 f(−10)+f(10)−f(0)=2+28−(−3)=33。
最後是「減去 f(0)」,而 f(0)=−3,所以是加 3;算成 2+28−3=27 就會選到 (C)。
第 7 題答案 (A)。把 f(x) 代進 f:f(f(x))=x−1x+1​−1x−1x+1​+1​。分子、分母同乘 x−1:分子 =(x+1)+(x−1)=2x,分母 =(x+1)−(x−1)=2,所以 f(f(x))=22x​=x。
奇偶項規律不同的數列,把奇數項與偶數項分開寫出一般式,再逐一檢查選項。

03填充題:數列的極限、收斂時公比的範圍

第 8 題(1) 3−n​ 隨 n 變大而無止境地變小,不趨近任何定值,極限不存在。(2) 因為 −1≤sinn≤1,所以 −n21​≤n2sinn​≤n21​,而 n→∞lim​(−n21​)=n→∞lim​n21​=0,由夾擠定理得極限為 0。(3) ​109​​<1,所以 (109​)n 趨近 0,極限 =1−109​1−0​=101​1​=10。(4) n≥2 時 n!2n​=12​×22​×32​×⋯×n−12​×n2​,其中第二個到倒數第二個因數都不超過 1,所以 0<n!2n​≤12​×n2​=n4​;n→∞lim​n4​=0,由夾擠定理得極限為 0。
(3) 的式子正是首項 1、公比 109​ 的等比級數前 n 項和,極限 10 就是無窮等比級數 1+109​+(109​)2+⋯ 的和。
第 9 題這是公比 r=1−54x​ 的等比數列 ⟨rn⟩,收斂的條件是 −1<r≤1,即 −1<1−54x​≤1。各邊減 1:−2<−54x​≤0;各邊乘以 −45​(不等號方向改變):0≤x<25​。
r=1 時數列每一項都是 1,收斂,所以 x=0 要包含;r=−1 時數列在 −1 與 1 之間跳動,發散,所以 x=25​ 不包含。
等比數列收斂的條件是公比大於 −1 且小於等於 1,兩個端點一個不含、一個含。

04填充題:Σ 求和、無窮等比級數、循環小數

第 10 題(1) 平方和公式 k=1∑n​k2=6n(n+1)(2n+1)​,n=20:620×21×41​=2870。(2) 拆成兩個無窮等比級數:k=1∑∞​(73​)k+k=1∑∞​(74​)k,公比 73​、74​ 的絕對值都小於 1,和分別為 1−73​73​​=43​ 與 1−74​74​​=34​,所以總和 =43​+34​=1225​。(3) k 從 3 到 10 共 10−3+1=8 項,每一項都是 127,和 =8×127=1016。
(2) 的首項是 k=1 那一項,也就是 73​ 與 74​,不是 1。(3) 的項數是 8 項,不是 10 項也不是 7 項。
第 11 題第一次落下走 20 公尺。之後每一次反彈都是「上去再下來」:第一次反彈高度 20×53​=12,來回共 24 公尺;第二次來回 24×53​ 公尺;依此類推,是首項 24、公比 53​ 的無窮等比級數,和 =1−53​24​=60。總路徑長 =20+60=80 公尺。
第一段只有落下、沒有上升,所以 20 只算一次,之後的每個高度才要乘以 2。
第 15 題(1) 0.63=0.63+0.0063+0.000063+⋯,是首項 10063​、公比 1001​ 的無窮等比級數,和 =1−1001​10063​​=9963​=117​。(2) 0.145=0.1+0.045+0.00045+⋯,後面是首項 100045​、公比 1001​ 的無窮等比級數,和 =1−1001​100045​​=99045​=221​,所以 0.145=101​+221​=11011+5​=11016​=558​。
(2) 的循環節是 45,小數點後第一位的 1 不循環:0.1454545⋯。
無窮等比級數求和前先確認首項是哪一項、公比的絕對值是否小於 1。

05填充題:高斯符號、定義域、合成函數

第 12 題用完全立方數分段:13=1,23=8,33=27,43=64。1≤k≤7 時 1≤3k​<2,[3k​]=1,共 7 項;8≤k≤26 時 2≤3k​<3,[3k​]=2,共 26−8+1=19 項;k=27,28 時 3≤3k​<4,[3k​]=3,共 2 項。總和 =1×7+2×19+3×2=7+38+6=51。
第 13 題(1) 根號內不可為負:2x−3≥0,得 x≥23​,定義域為 {x∣x≥23​}。(2) 對數的真數必須為正:−x+7>0,得 x<7,定義域為 {x∣x<7}。
根號內可以等於 0,所以 (1) 含等號;真數不可以等於 0,所以 (2) 不含等號。
第 14 題(1) (f∘g)(x)=f(g(x))=f(2x)=2x−12x​。(2) (g∘f)(x)=g(f(x))=2×x−1x​=x−12x​。
f∘g 是先做 g 再做 f,把 g(x) 整個代進 f 的 x;兩種順序的結果不同。
合成函數由裡往外代;定義域先列出根號內不為負、真數為正、分母不為 0 這些限制。

06進階題:圓弧長的無窮等比級數、計程車費率函數

第 16 題直角三角形 ABC 中 ∠A=60∘、AB=1,所以 AC=2。(1) 弧 BA1​⌢​ 的圓心是 A、半徑 1、圓心角 60∘,是整個圓周的 61​,弧長 =2π×1×61​=3π​。AA1​​=1,所以 A1​C​=2−1=1,A1​ 是 AC 的中點。A1​B1​​ 與 AB 都垂直於 BC,所以互相平行,△CA1​B1​ 與 △CAB 相似,A1​B1​​=AB×CACA1​​​=21​,且 ∠CA1​B1​=∠A=60∘。弧 B1​A2​⌢​ 的圓心是 A1​、半徑 21​、圓心角 60∘,弧長 =2π×21​×61​=6π​。所以 B1​A2​⌢​:BA1​⌢​=6π​:3π​=1:2。(2) △CA1​B1​ 也是 60∘ 的直角三角形,只是每邊都是原來的 21​,在它裡面重複同樣的作法,所以每一段弧的半徑都是前一段的 21​、圓心角都是 60∘。弧長成首項 3π​、公比 21​ 的無窮等比級數,總和 =1−21​3π​​=32π​。
(1) 的順序是「後一段比前一段」,答案是 1:2,不是 2:1。附圖刻意不照實際比例畫,A1​、A2​、⋯ 的位置與各段長度要以題意推算,不能從圖上量。
第 17 題(1) 0<x≤1.25 時車資是起跳價,所以 a=100。x>1.25 時,超過的距離是 x−1.25 公里,每 0.2 公里加 5 元、未滿 0.2 公里以 0.2 公里計,所以加收的次數是「不小於 0.2x−1.25​ 的最小整數」。對任意實數 t,不小於 t 的最小整數等於 −[−t](例如 t=2.3 時 −[−2.3]=−(−3)=3;t=2 時 −[−2]=2)。所以車資 =100+5×(−[−0.2x−1.25​])=100−5[0.21.25−x​],與題目的式子比較得 b=1.25,(a,b)=(100,1.25)。(2) x=6.923:0.21.25−6.923​=0.2−5.673​=−28.365,[−28.365]=−29,車資 =100−5×(−29)=100+145=245 元。
負數取高斯符號要往更小的整數取:[−28.365]=−29,不是 −28。直接想也一樣:超過 5.673 公里,5.673÷0.2=28.365,未滿的那一段也算一次,共加收 29 次。
「未滿一單位以一單位計」是無條件進位,用高斯符號表示時要對負數取高斯再變號。

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苑裡高中 113 上 高三第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 5 題的數列奇數項與偶數項公比不同,相鄰兩項的比值不會趨近定值,前 100 項的和也到不了 9;第 9 題公比等於 1 時收斂、等於負 1 時發散,兩個端點一含一不含;第 17 題未滿 200 公尺以 200 公尺計,要對負數取高斯符號,負 28.365 的高斯值是負 29;第 16 題要先看出每一段弧的半徑都是前一段的一半。詳解逐題寫在本頁。

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