101_07A_q05
101 指考數學甲 第 5 題
📅 101 年 📝 指考數學甲 第 5 題 題型:單選 課綱:99課綱
當 $(x, y)$ 在直線 $2x+y=3$ 上變動時,關於 $K = 9^x + 3^y$ 的敘述,試問下列哪個選項是正確的?
  1. $K$ 有最大值 $28$、最小值 $6\sqrt{3}$
  2. $K$ 有最大值 $28$、但沒有最小值
  3. $K$ 沒有最大值、但有最小值 $12$
  4. $K$ 沒有最大值、但有最小值 $6\sqrt{3}$
  5. $K$ 沒有最大值也沒有最小值
算幾不等式指數式化簡算幾不等式求極值指數方程式與不等式化簡指數對數指數與對數
解題手法公式代入設未知數〔AI 推測〕
答案

$(4)$

單選題

詳解
將直線方程式 $2x+y=3$ 寫為 $y = 3 - 2x$。 代入 $K$ 的算式: $$K = 9^x + 3^y = (3^2)^x + 3^{3-2x} = 3^{2x} + \dfrac{27}{3^{2x}}$$ 令 $u = 3^{2x}$,因為 $x$ 是實數,所以 $u > 0$。 $$K = u + \dfrac{27}{u}$$ 由算幾不等式(AM-GM inequality): $$u + \dfrac{27}{u} \ge 2 \sqrt{u \cdot \dfrac{27}{u}} = 2 \sqrt{27} = 6\sqrt{3}$$ 等號成立條件為 $u = \dfrac{27}{u} \implies u^2 = 27 \implies u = \sqrt{27} = 3^{3/2}$。 此時 $3^{2x} = 3^{3/2} \implies 2x = \dfrac{3}{2} \implies x = \dfrac{3}{4}$,為實數,因此最小值為 $6\sqrt{3}$。 由於 $x$ 可以是任意大的實數, $u = 3^{2x}$ 可以趨近於無限大,因此 $K$ 沒有最大值。 故選 $(4)$。

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。