099_02M_q09
99 學測數學 第 9 題
📅 99 年 📝 學測數學 第 9 題 題型:多選 課綱:99課綱
下列哪些方程式有實數解? $(1)$ $x^3 + x - 1 = 0$ $(2)$ $2^x + 2^{-x} = 0$ $(3)$ $\log_2 x + \log_x 2 = 1$ $(4)$ $\sin x + \cos 2x = 3$ $(5)$ $4\sin x + 3\cos x = \dfrac{9}{2}$
  1. $x^3 + x - 1 = 0$
  2. $2^x + 2^{-x} = 0$
  3. $\log_2 x + \log_x 2 = 1$
  4. $\sin x + \cos 2x = 3$
  5. $4\sin x + 3\cos x = \dfrac{9}{2}$
勘根定理指數函數的性質對數方程式三角函數的疊合三角函數值域跨單元多項式函數與運算
解題手法代入驗證〔AI 推測〕
答案

$(1)(5)$

多選題

詳解
我們逐一分析各個方程式是否存在實數解: $(1)$ 令 $f(x) = x^3 + x - 1$。由於 $f(0) = -1 < 0$ 且 $f(1) = 1 > 0$。 因為 $f(x)$ 為連續的多項式函數,根據勘根定理,在區間 $(0,1)$ 內至少有一個實根,故選項 $(1)$ 正確。 $(2)$ 對於任意實數 $x$,指數函數 $2^x > 0$ 且 $2^{-x} > 0$。 因此其和 $2^x + 2^{-x}$ 必定大於 $0$(更具體地,由算幾不等式可知 $2^x + 2^{-x} \ge 2\sqrt{2^x \cdot 2^{-x}} = 2$),不可能為 $0$,故選項 $(2)$ 錯誤。 $(3)$ 設 $u = \log_2 x$,則方程式可寫為: $$u + \dfrac{1}{u} = 1 \implies u^2 - u + 1 = 0$$ 其判別式為 $\Delta = (-1)^2 - 4(1)(1) = -3 < 0$,表示此二次方程沒有實數解 $u$,故原方程無實數解 $x$,選項 $(3)$ 錯誤。 $(4)$ 因為對任意實數 $x$ 均有 $\sin x \le 1$ 且 $\cos 2x \le 1$。 所以其和的極大值為 $\sin x + \cos 2x \le 1 + 1 = 2 < 3$,故不可能等於 $3$,選項 $(4)$ 錯誤。 $(5)$ 根據三角函數疊合公式,我們有: $$-\sqrt{4^2 + 3^2} \le 4\sin x + 3\cos x \le \sqrt{4^2 + 3^2} \implies -5 \le 4\sin x + 3\cos x \le 5$$ 因為值域範圍是 $[-5, 5]$,而 $\dfrac{9}{2} = 4.5$ 恰好在該範圍內,因此方程式必有實數解,選項 $(5)$ 正確。 綜上所述,正確的選項為 $(1)(5)$。

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。