105_02M_q05
105 學測數學 第 5 題
📅 105 年 📝 學測數學 第 5 題 題型:單選 課綱:99課綱
坐標空間中一質點自點 $P(1,1,1)$ 沿著方向 $\overset{\large\rightharpoonup}{a}=(1,2,2)$ 等速直線前進,經過 $5$ 秒後剛好到達平面 $x-y+3z=28$ 上,立即轉向沿著方向 $\overset{\large\rightharpoonup}{b}=(-2,2,-1)$ 依同樣的速率等速直線前進。請問再經過幾秒此質點會剛好到達平面 $x=2$ 上?
  1. $1$ 秒
  2. $2$ 秒
  3. $3$ 秒
  4. $4$ 秒
  5. 永遠不會到達
空間中的直線空間中的平面速度向量空間向量坐標幾何空間向量與空間中的直線與平面
解題手法公式代入〔AI 推測〕
答案

$(2)$

單選題

詳解
1. 設質點前進的起點為 $P(1,1,1)$。在第一階段,其沿著 $\overset{\large\rightharpoonup}{a} = (1,2,2)$ 的方向前進,速度向量可設為 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}_1 = k \overset{\large\rightharpoonup}{a} = (k, 2k, 2k)$,其中 $k > 0$。 2. 經過 $5$ 秒後,質點的位置 $Q$ 為: $$Q = P + 5 \overset{\large\rightharpoonup}{v}_1 = (1, 1, 1) + 5(k, 2k, 2k) = (1+5k, 1+10k, 1+10k)$$。 3. 已知 $Q$ 點在平面 $E_1: x-y+3z=28$ 上,將 $Q$ 代入平面方程式: $$(1+5k) - (1+10k) + 3(1+10k) = 28$$, 即 $$1 + 5k - 1 - 10k + 3 + 30k = 28 \implies 25k + 3 = 28 \implies k = 1$$。 因此,$Q$ 點坐標為 $Q(6, 11, 11)$。此時其第一階段速度向量為 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}_1 = (1, 2, 2)$,其速率為 $$|\overset{\large\rightharpoonup}{v}_1| = \sqrt{1^2 + 2^2 + 2^2} = 3$$。 4. 轉向後,質點沿著 $\overset{\large\rightharpoonup}{b} = (-2,2,-1)$ 的方向以「同樣的速率」等速直線前進。 因為向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{b} = (-2,2,-1)$ 的長度為 $$|\overset{\large\rightharpoonup}{b}| = \sqrt{(-2)^2 + 2^2 + (-1)^2} = 3$$, 故第二階段的速度向量剛好為 $$\overset{\large\rightharpoonup}{v}_2 = \overset{\large\rightharpoonup}{b} = (-2, 2, -1)$$。 5. 設再經過 $t$ 秒($t > 0$)後,質點到達新位置 $R$: $$R(t) = Q + t \overset{\large\rightharpoonup}{v}_2 = (6, 11, 11) + t(-2, 2, -1) = (6-2t, 11+2t, 11-t)$$。 6. 當質點到達平面 $x = 2$ 上時,其 $x$ 坐標為 $2$: $$6 - 2t = 2 \implies 2t = 4 \implies t = 2\text{ 秒}$$。 因此再經過 $2$ 秒即可到達。 故選 $(2)$。

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。