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96 學測數學 第 5 題
📅 96 年 📝 學測數學 第 5 題 題型:單選 課綱:99課綱
關於坐標平面上函數 $y = \sin x$ 的圖形和 $y = \dfrac{x}{10\pi}$ 的圖形之交點個數,下列哪一個選項是正確的?
  1. 交點的個數是無窮多
  2. 交點的個數是奇數且大於 $20$
  3. 交點的個數是奇數且小於 $20$
  4. 交點的個數是偶數且大於或等於 $20$
  5. 交點的個數是偶數且小於 $20$
正弦函數的圖形與性質圖形的交點與方程式的根三角比與三角函數三角函數
解題手法數形結合〔AI 推測〕
答案

$(3)$

詳解
考慮方程式 $\sin x = \dfrac{x}{10\pi}$ 的實根個數,即為兩圖形的交點個數。 由於 $\sin(-x) = -\sin x$ 且 $\dfrac{-x}{10\pi} = -\dfrac{x}{10\pi}$,此圖形關於原點對稱。 因此除原點 $(0, 0)$ 外,正實根與負實根個數相同。 考慮 $x > 0$ 的情況: 因為 $-1 \le \sin x \le 1$,若有交點,必滿足 $\dfrac{x}{10\pi} \le 1 \implies x \le 10\pi$。 當 $x > 10\pi$ 時,$\dfrac{x}{10\pi} > 1$,不可能與 $y = \sin x$ 相交。 我們討論 $x \in (0, 10\pi]$ 的各個區間: 1. 當 $x \in (0, 2\pi)$ 時,$\sin x$ 在 $(0, \pi)$ 為正,$\left(\pi, 2\pi\right)$ 為負。直線在 $x=\pi$ 時的值為 $0.1 < 1$。直線與正弦波在 $(0, \pi)$ 僅相交 $1$ 次(在 $x \approx 0.97\pi$ 處,因為 $x=0$ 處 $\sin x$ 的斜率為 $1$,大於直線斜率 $\dfrac{1}{10\pi}$)。 2. 當 $x \in (2\pi, 4\pi)$ 時,直線在該區間的高度在 $0.2$ 到 $0.4$ 之間,而 $\sin x$ 在 $(2\pi, 3\pi)$ 為正且最大值為 $1$。故在此正半週相交 $2$ 次。 3. 當 $x \in (4\pi, 6\pi)$ 時,同理,在正半週 $(4\pi, 5\pi)$ 相交 $2$ 次。 4. 當 $x \in (6\pi, 8\pi)$ 時,同理,在正半週 $(6\pi, 7\pi)$ 相交 $2$ 次。 5. 當 $x \in (8\pi, 10\pi)$ 時,同理,在正半週 $(8\pi, 9\pi)$ 相交 $2$ 次。而當 $x = 10\pi$ 時,$\sin(10\pi) = 0$,直線高度為 $1$,兩者不相交。 因此,正實根共有: $$1 + 2 \times 4 = 9\text{ 個}$$ 根據對稱性,負實根亦有 $9$ 個,加上原點 $x=0$ 的 $1$ 個根,總交點個數為: $$9 + 9 + 1 = 19\text{ 個}$$ 交點個數 $19$ 為奇數且小於 $20$。 故選 $(3)$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。