Skip to content
CalcGospel 國際數學圖譜
返回

IAL 2025 Jan Q1

A Level / Edexcel / P3

IAL 2025 Jan Paper · Question 1

题目

Problem

f(x)=2secx+6x30<x<π2\mathrm{f}(x)=2\sec x+6x-3\qquad 0<x<\frac{\pi}{2}

The equation f(x)=0\mathrm{f}(x)=0 has a single root α\alpha

(a) Show that 0.1<α<0.20.1<\alpha<0.2

(2)

(b) Show that α\alpha is a solution of

x=1213cosxx=\frac12-\frac{1}{3\cos x}
(1)

The iterative formula

xn+1=1213cosxnx_{n+1}=\frac12-\frac{1}{3\cos x_n}

is used to find α\alpha

(c) Starting with x1=0.15x_1=0.15 and using the iterative formula,

(i) find, to 4 decimal places, the value of x2x_2

(ii) find, to 4 decimal places, the value of α\alpha

(3)
题目中文翻译 f(x)=2secx+6x30<x<π2\mathrm{f}(x)=2\sec x+6x-3\qquad 0<x<\frac{\pi}{2}

方程 f(x)=0\mathrm{f}(x)=0 有一个唯一根 α\alpha

(a) 证明 0.1<α<0.20.1<\alpha<0.2

(b) 证明 α\alpha 是以下方程的一个解:

x=1213cosxx=\frac12-\frac{1}{3\cos x}

使用迭代公式

xn+1=1213cosxnx_{n+1}=\frac12-\frac{1}{3\cos x_n}

来求 α\alpha

(c) 从 x1=0.15x_1=0.15 开始,并使用该迭代公式:

(i) 求 x2x_2 的值,精确到小数点后 4 位;

(ii) 求 α\alpha 的值,精确到小数点后 4 位。

解答

(a)

解法一

思路

展开

分别计算 f(0.1)f(0.1)f(0.2)f(0.2)。由于函数在该闭区间上连续,若两个函数值异号,就可由介值定理说明区间内存在一个根;题目已说明根唯一,因此该根就是 α\alpha

答题过程

展开

Using radians,

f(0.1)=2sec(0.1)+6(0.1)3=0.389958<0,\begin{align*} f(0.1) =&\,2\sec(0.1)+6(0.1)-3\\ =&\,-0.389958\ldots<0, \end{align*}

whereas

f(0.2)=2sec(0.2)+6(0.2)3=0.240677>0.\begin{align*} f(0.2) =&\,2\sec(0.2)+6(0.2)-3\\ =&\,0.240677\ldots>0. \end{align*}

The function ff is continuous on [0.1,0.2][0.1,0.2]. Since there is a change of sign, there is a root between 0.10.1 and 0.20.2.

As the root is unique,

0.1<α<0.2.\boxed{0.1<\alpha<0.2}.

(b)

解法一

思路

展开

f(x)=0f(x)=0 出发,把 secx\sec x 改写为 1cosx\dfrac1{\cos x},再把含 xx 的线性项移到等号一边,即可自然得到题目给出的迭代形式。

答题过程

展开

Since α\alpha is a root of f(x)=0f(x)=0,

2secα+6α3=0.2\sec\alpha+6\alpha-3=0.

Using secα=1cosα\sec\alpha=\dfrac1{\cos\alpha},

6α=32cosαα=1213cosα.\begin{align*} 6\alpha=&\,3-\frac{2}{\cos\alpha}\\ \alpha=&\,\frac12-\frac{1}{3\cos\alpha}. \end{align*}

Therefore, α\alpha is a solution of

x=1213cosx.\boxed{x=\frac12-\frac{1}{3\cos x}}.

(c)(i)

解法一

思路

展开

把给定的 x1=0.15x_1=0.15 直接代入迭代公式。计算时必须使用弧度模式,并在最后才四舍五入到四位小数。

答题过程

展开

Using x1=0.15x_1=0.15,

x2=1213cosx1=1213cos(0.15)=0.162881.\begin{align*} x_2 =&\,\frac12-\frac{1}{3\cos x_1}\\ =&\,\frac12-\frac{1}{3\cos(0.15)}\\ =&\,0.162881\ldots. \end{align*}

Therefore,

x2=0.1629\boxed{x_2=0.1629}

to four decimal places.

(c)(ii)

解法一

思路

展开

继续使用同一迭代公式,直到连续两次迭代所得数值在四位小数下相同。保留中间值可以清楚表明答案来自迭代,而不是直接使用方程求解功能。

答题过程

展开

Continuing the iteration,

nxn10.15000020.16288130.16219640.16223450.16223160.162232\begin{array}{c|c} n&x_n\\ \hline 1&0.150000\\ 2&0.162881\\ 3&0.162196\\ 4&0.162234\\ 5&0.162231\\ 6&0.162232 \end{array}

The values have converged to four decimal places. Hence

α=0.1622.\boxed{\alpha=0.1622}.