109_07A_q12
109 指考數學甲 第 12 題
📅 109 年 📝 指考數學甲 第 12 題 題型:非選 課綱:108課綱
坐標平面上,由 $A、B、C、D$ 四點所決定的「貝茲曲線」(Bézier curve)指的是次數不超過 3 的多項式函數,其圖形通過 $A,D$ 兩點,且在點 $A$ 的切線通過點 $B$,在點 $D$ 的切線通過點 $C$。令 $y = f(x)$ 是由 $A(0,0)、B(1,4)、C(3,2)、D(4,0)$ 四點所決定的「貝茲曲線」,試回答下列問題。 (1) 設 $y = f(x)$ 的圖形在點 $D$ 的切線方程式為 $y = ax + b$,其中 $a,b$ 為實數。求 $a,b$ 之值。 (2) 試證明多項式 $f(x)$ 可以被 $x^2 - 4x$ 所整除。 (3) 試求 $f(x)$。 (4) 求定積分 $\int_2^6 |8 f(x)| dx$ 之值。
微積分多項式貝茲曲線定義導數與切線因式定理定積分運算多項式函數與運算微積分
解題手法公式代入〔AI 推測〕
答案

$(1)\ a=-2, b=8;\ (3)\ f(x) = \dfrac{1}{8}(x^3 - 12x^2 + 32x);\ (4)\ 56$

詳解
(1) 點 $D$ 的切線通過 $C(3,2)$ 且過 $D(4,0)$,其斜率 $a = \dfrac{2-0}{3-4} = -2$。 切線方程式為 $y - 0 = -2(x - 4) \implies y = -2x + 8$。故 $a = -2, b = 8$。 (2) 因 $f(x)$ 通過 $A(0,0)$ 與 $D(4,0)$,故 $f(0) = 0$ 且 $f(4) = 0$。 根據因式定理,$x$ 與 $(x-4)$ 皆為 $f(x)$ 的因式,故 $f(x)$ 可被 $x(x-4) = x^2 - 4x$ 整除。 (3) 設 $f(x) = kx(x-4)(x-r)$。因在 $A(0,0)$ 的切線通過 $B(1,4)$,故 $f'(0) = \dfrac{4-0}{1-0} = 4$。 $f(x) = k(x^3 - (r+4)x^2 + 4rx) \implies f'(x) = k(3x^2 - 2(r+4)x + 4r)$。 $f'(0) = 4rk = 4 \implies rk = 1$。 又 $f'(4) = k(48 - 8(r+4) + 4r) = k(16 - 4r) = -2$。 代入 $k = 1/r$ 得 $\dfrac{16-4r}{r} = -2 \implies 16 - 4r = -2r \implies 2r = 16 \implies r = 8$。 則 $k = 1/8$。故 $f(x) = \dfrac{1}{8}x(x-4)(x-8) = \dfrac{1}{8}(x^3 - 12x^2 + 32x)$。 (4) 所求為 $\int_2^6 |x(x-4)(x-8)| dx$。 令 $u = x-4$,則積分變為 $\int_{-2}^2 |(u+4)u(u-4)| du = \int_{-2}^2 |u^3 - 16u| du$。 由於函數為偶函數,面積為 $2 \int_0^2 |u^3 - 16u| du = 2 \int_0^2 (16u - u^3) du$ $= 2 [8u^2 - \dfrac{1}{4}u^4]_0^2 = 2 [32 - 4] = 2 \times 28 = 56$。

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。