曲线的方程为 x2+4y2=20x^2 + 4y^2 = 20,直线的方程为 y=k−xy = k - x,其中 kk 是常数。

  1. (i)

    求 kk 的取值范围,使得直线与曲线不相交。

  2. (8)
    1. (i)

      证明 AC+BC+DE=(60sin⁡θ+25cos⁡θ) cmAC + BC + DE = (60 \sin \theta + 25 \cos \theta)\text{ cm}。

    2. (ii)

      将 AC+BC+DEAC + BC + DE 表示为 Rsin⁡(θ+α)R \sin(\theta + \alpha) 的形式,其中 R>0R > 0 且 0∘<α<90∘0^\circ < \alpha < 90^\circ。

    3. (iii)

      在不求出 θ\theta 的情况下,解释为什么 AC+BC+DEAC + BC + DE 的长度不能为 70 cm70\text{ cm}。

    4. (iv)

      求满足 AC+BC+DE=50 cmAC + BC + DE = 50\text{ cm} 时 θ\theta 的值。

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完整解法

5(i)

1. Substitute the linear equation into the quadratic equation

Substitute y=k−xy = k - x into x2+4y2=20x^2 + 4y^2 = 20:
x2+4(k−x)2=20x^2 + 4(k - x)^2 = 20

2. Expand and simplify to form a quadratic equation in $x$

x2+4(k2−2kx+x2)=20x^2 + 4(k^2 - 2kx + x^2) = 20
x2+4k2−8kx+4x2=20x^2 + 4k^2 - 8kx + 4x^2 = 20
5x2−8kx+(4k2−20)=05x^2 - 8kx + (4k^2 - 20) = 0

3. Apply the discriminant condition for no intersection

For the line not to intersect the curve, the quadratic equation must have no real roots, so b2−4ac<0b^2 - 4ac < 0.
(−8k)2−4(5)(4k2−20)<0(-8k)^2 - 4(5)(4k^2 - 20) < 0

4. Solve the inequality for $k$

64k2−20(4k2−20)<064k^2 - 20(4k^2 - 20) < 0
64k2−80k2+400<064k^2 - 80k^2 + 400 < 0
−16k2+400<0-16k^2 + 400 < 0
16k2>40016k^2 > 400
k2>25k^2 > 25

5. Find the range of values for $k$

k<−5 or k>5k < -5 \text{ or } k > 5

答案

k<−5k < -5 or k>5k > 5

5(8)(ii)

1. Set up the R-formula equation

Let 60sin⁡θ+25cos⁡θ=Rsin⁡(θ+α)=R(sin⁡θcos⁡α+cos⁡θsin⁡α)60 \sin \theta + 25 \cos \theta = R \sin(\theta + \alpha) = R(\sin \theta \cos \alpha + \cos \theta \sin \alpha).
Comparing coefficients:
Rcos⁡α=60R \cos \alpha = 60
Rsin⁡α=25R \sin \alpha = 25

2. Find the value of R

R=602+252=3600+625=4225=65R = \sqrt{60^2 + 25^2} = \sqrt{3600 + 625} = \sqrt{4225} = 65

3. Find the value of alpha

tan⁡α=2560=512\tan \alpha = \frac{25}{60} = \frac{5}{12}
α=tan⁡−1(512)≈22.619∘≈22.6∘\alpha = \tan^{-1}\left(\frac{5}{12}\right) \approx 22.619^\circ \approx 22.6^\circ (to 1 d.p.)

4. State the final expression

AC+BC+DE=65sin⁡(θ+22.6∘)AC + BC + DE = 65 \sin(\theta + 22.6^\circ)

答案

65sin⁡(θ+22.6∘)65 \sin(\theta + 22.6^\circ)

5(8)(iii)

1. Calculate the value of $R$ from part (ii) to determine the maximum possible value of the expression.

From part (ii), R=602+252=3600+625=4225=65R = \sqrt{60^2 + 25^2} = \sqrt{3600 + 625} = \sqrt{4225} = 65.
The expression is 65sin⁡(θ+α)65 \sin(\theta + \alpha).
The maximum value of sin⁡(θ+α)\sin(\theta + \alpha) is 11, so the maximum value of AC+BC+DEAC + BC + DE is 6565.

2. Compare the maximum value to $70\text{ cm}$ to conclude.

Since the maximum possible length is 65 cm65\text{ cm}, and 65<7065 < 70, the length cannot be 70 cm70\text{ cm}.

答案

The maximum possible length is 65 cm65\text{ cm}, which is less than 70 cm70\text{ cm}.

5(8)(iv)

1. Express the equation using the $R \sin(\theta + \alpha)$ form from part (ii)

From part (ii), 60sin⁡θ+25cos⁡θ=Rsin⁡(θ+α)60 \sin \theta + 25 \cos \theta = R \sin(\theta + \alpha).
R=602+252=65R = \sqrt{60^2 + 25^2} = 65
tan⁡α=2560  ⟹  α=22.6199∘\tan \alpha = \frac{25}{60} \implies \alpha = 22.6199^\circ
So, 65sin⁡(θ+22.6199∘)=5065 \sin(\theta + 22.6199^\circ) = 50

2. Solve the trigonometric equation for $\theta$

sin⁡(θ+22.6199∘)=5065=1013\sin(\theta + 22.6199^\circ) = \frac{50}{65} = \frac{10}{13}
θ+22.6199∘=sin⁡−1(1013)≈50.2849∘\theta + 22.6199^\circ = \sin^{-1}\left(\frac{10}{13}\right) \approx 50.2849^\circ
θ=50.2849∘−22.6199∘=27.665∘≈27.7∘\theta = 50.2849^\circ - 22.6199^\circ = 27.665^\circ \approx 27.7^\circ (to 1 d.p.)

答案

27.7∘27.7^\circ

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