110學年數學競賽第五區筆試二試題與解答

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110 學年度普通型高級中等學校數學科能力競賽試題
5(屏東高中) 筆試() 編號:
注意事項 :
(6) 時間分配: 1 小時。
(7) 本試卷共4題,滿分21分。第一題5分,第二題5分,第三題5分,第四題6分。
(8) 將計算、證明過程依序寫在答案卷上。
(9) 不可使用電算器。
(10)試題與答案一同繳回。
一、𝒙𝒙𝒚𝒚𝒛𝒛皆為質數,試求出所有滿足下列方程式的序對(𝒙𝒙,𝒚𝒚,𝒛𝒛)
𝒙𝒙𝒚𝒚𝒛𝒛=𝟏𝟏𝒛𝒛≤𝟐𝟐𝟎𝟎𝟐𝟐𝟏𝟏
二、給定 30 個互不相等的正整數,這些數字均小於或等 155。試證明這些數字兩兩
相減(大數減小數)所得的差之中,至少有四個相等。
三、試求出下列級數之值:
(−𝟏𝟏)𝒏𝒏
𝟐𝟐𝟎𝟎𝟐𝟐𝟏𝟏
𝒏𝒏=𝟏𝟏 𝒏𝒏𝟐𝟐+𝒏𝒏+𝟏𝟏
𝒏𝒏!
四、已知𝒎𝒎為實數,考慮圓系𝑨𝑨: 𝒙𝒙𝟐𝟐+𝒚𝒚𝟐𝟐+𝟐𝟐(𝒎𝒎𝟏𝟏)𝒙𝒙𝟐𝟐𝒎𝒎𝒚𝒚+𝟑𝟑𝒎𝒎𝟐𝟐𝟐𝟐=𝟎𝟎
(1) 列所表實圓最大面積 = ,此時 𝒎𝒎=
(2) 列所表圓截𝒙𝒙軸所得最大弦長 =
110 學年度普通型高級中等學校數學科能力競賽試題
5(屏東高中) 筆試() 編號:
注意事項 :
本試卷共4題,滿分21分。第一題5分,第二題5分,第三題5分,第四題6分。
一、𝒙𝒙𝒚𝒚𝒛𝒛皆為質數,試求出所有滿足下列方程式的序對(𝒙𝒙,𝒚𝒚,𝒛𝒛)
𝒙𝒙𝒚𝒚𝒛𝒛=𝟏𝟏𝒛𝒛≤𝟐𝟐𝟎𝟎𝟐𝟐𝟏𝟏
[參考解答]
因為
zxy=1
1, >y
x
所以
1x
整除
1
y
x
,唯有
2=x
1
y
x
才有可能是質數。
因為
202112 = z
y
,所以需求質數
y
使得
,因此
7,5,3,2=y
127,31,7,312,12,12,12 7532 ==z
所以
)127,7,2(),31,5,2(),7,3,2(),3,2,2(),,( =zyx
二、給定 30 個互不相等的正整數,這些數字均小於或等 155。試證明這些數字兩兩
相減(大數減小數)所得的差之中,至少有四個相等。
[參考解答]
30 個正整數由小到大排列,記為𝑎𝑎1,𝑎𝑎2,……,𝑎𝑎30
若命題不成立,則𝑎𝑎30𝑎𝑎29,𝑎𝑎29𝑎𝑎28,……,𝑎𝑎2𝑎𝑎129 個數之中,沒有四個相等。
可知1,2, ,9至多出現三次,而 10 至多出現兩次。
154 𝑎𝑎30𝑎𝑎1=(𝑎𝑎30𝑎𝑎29)+(𝑎𝑎29𝑎𝑎28)++(𝑎𝑎2𝑎𝑎1)3(1 + 2 + + 9)+
2 × 10 =155,可得出矛盾。
三、試求出下列級數之值:
(𝟏𝟏)𝒏𝒏
𝟐𝟐𝟎𝟎𝟐𝟐𝟏𝟏
𝒏𝒏=𝟏𝟏 𝒏𝒏𝟐𝟐+𝒏𝒏+𝟏𝟏
𝒏𝒏! .
[參考解答]
(1)𝑛𝑛
2021
𝑛𝑛=1 𝑛𝑛2+𝑛𝑛+ 1
𝑛𝑛!=(1)𝑛𝑛
2021
𝑛𝑛=1 𝑛𝑛
(𝑛𝑛1)!+𝑛𝑛+ 1
𝑛𝑛!
(1)1
0!+2
1!+2
1!+3
2!3
2!+4
3!++(1)2021
2020!+2022
2021!
=1 + (1) 2022
2021!
=12022
2021!
四、已知𝒎𝒎為實數,考慮圓系𝑨𝑨: 𝒙𝒙𝟐𝟐+𝒚𝒚𝟐𝟐+𝟐𝟐(𝒎𝒎𝟏𝟏)𝒙𝒙𝟐𝟐𝒎𝒎𝒚𝒚+𝟑𝟑𝒎𝒎𝟐𝟐𝟐𝟐=𝟎𝟎
(1) 列所表實圓最大面積 = ,此時 𝒎𝒎=
(2) 列所表圓截𝒙𝒙軸所得最大弦長 =
[參考解答] (1) 實圓最大面積 = 4𝜋𝜋,此時 𝑚𝑚= 1
(2) 最大弦長=14
(1) 𝐴𝐴之半徑 𝑟𝑟=1
24(𝑚𝑚1)2+ 4𝑚𝑚24(3𝑚𝑚22)=−𝑚𝑚22𝑚𝑚+ 3
=(𝑚𝑚+ 1)2+ 4 4 = 2
所以 𝑟𝑟 之最大值 = 2,實圓最大面 = 𝜋𝜋22= 4𝜋𝜋,此時 𝑚𝑚= 1
(2) 𝑦𝑦= 0𝑥𝑥2+ 2(𝑚𝑚1)𝑥𝑥+ 3𝑚𝑚22 = 0 二根為 𝑥𝑥1𝑥𝑥2 得知
𝑥𝑥1+𝑥𝑥2=2(𝑚𝑚1)
𝑥𝑥1𝑥𝑥2= 3𝑚𝑚22
=(𝑚𝑚1)23𝑚𝑚2+ 2 > 0
設所截弦長 𝐴𝐴𝑃𝑃
=|𝑥𝑥1𝑥𝑥2|,則
𝐴𝐴𝑃𝑃
2=(𝑥𝑥1𝑥𝑥2)2=(𝑥𝑥1+𝑥𝑥2)24𝑥𝑥1𝑥𝑥2
= 4(𝑚𝑚1)24(3𝑚𝑚22)
=8𝑚𝑚+1
22+14 14
所以 𝐴𝐴𝑃𝑃
之最大值 =14
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