P3 Pure Mathematics 3

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📖知识讲解1
三角学与恒等式

1代数分数Algebraic fractions

约去公因式Cancelling common factors

Example:Simplify x3 − 2x2 − 3x4x2 − 36.

Solution:First factorise top and bottom fully –

x3 − 2x2 − 3x4x2 − 36 = x(x2 − 2x − 3)4(x2 − 9) = x(x − 3)(x + 1)4(x − 3)(x + 3)

and now cancel all common factors, in this case (x – 3) to give

Answer = x(x + 1)4(x + 3).

分数的乘除Multiplying and dividing fractions

这与数值分数的乘除一样,然后照上面那样约去公因式。

Example:Simplify 9x2 − 43x2 − 2x ÷ 3x2 − x − 2x3 + x2.

Solution:First turn the second fraction upside down and multiply

= 9x2 − 43x2 − 2x × x3 + x23x2 − x − 2factorise fully
= (3x − 2)(3x + 2)x(3x − 2) × x2(x + 1)(3x + 2)(x − 1)cancel all common factors
Answer = x(x + 1)x − 1.

分数的加减Adding and subtracting fractions

这同样与数值分数的加减一样;但先找出最低公分母,可以为后面省去不少麻烦。

Example:Simplify 3xx2 − 7x + 12 − 5x2 − 4x + 3.

Solution:First factorise the denominators

= 3x(x − 3)(x − 4) − 5(x − 3)(x − 1)we see that the L.C.D. is (x – 3)(x – 4)(x – 1)
= 3x(x − 1)(x − 3)(x − 4)(x − 1) − 5(x − 4)(x − 3)(x − 1)(x − 4)
= 3x2 − 3x − 5x + 20(x − 1)(x − 3)(x − 4) = 3x2 − 8x + 20(x − 1)(x − 3)(x − 4)which cannot be simplified further.

方程Equations

Example:Solve xx + 1 − x − 1x = 12.

Solution:First multiply both sides by the Lowest Common Denominator

xx + 1 − x − 1x = 12multiply both sides by 2x(x + 1)
⇒x × 2x – (x – 1) × 2(x + 1) = x(x + 1)
⇒2x2 – 2x2 + 2 = x2 + x
⇒x2 + x – 2 = 0,
⇒(x + 2)(x – 1) = 0
⇒x = –2 or 1

2函数Functions

函数是一个(通常关于 x 的)表达式,它对每个 x 值都只有一个对应的值。

记号Notation

y = x2 – 3x + 7, f (x) = x2 – 3x + 7 and f : x → x2 – 3x + 7

都是同一个函数的不同写法。

定义域、值域与图像Domain, range and graph

定义域是 x 可以取的所有值的集合:它有时在定义中给出;有时从函数本身就能看出:例如对于 √x,x 只能取正值或零。

值域是所使用的那部分 y–axis。

Example:Find the range of the function

f : x → 2x – 3 with domain x ∈ ℜ: –2 < x ≤ 4.

Solution:

First sketch the graph for values of x between – 2

and 4 (the domain), and we can see that we are only using

the y–axis from –7 to 5,

not including y = –7 (since x ≠ –2),

but including y = 5 (since x can equal 4)

and so the range is

y ∈ ℜ: –7 < y ≤ 5.

− 2 2 4 6 − 8 − 6 − 4 − 2 2 4 6 x y y = 2 x − 3 d o m a i n r a n g e
y = 2x − 3 在定义域 −2 < x ≤ 4 上的图像(蓝色标出定义域,绿色标出值域)

Example:Find the largest possible domain and the range for the function

f : x → (x − 3) + 1

Solution:

First notice that we cannot have the square root of a negative number and so

x – 3 cannot be negative

⇒ x – 3 ≥ 0

⇒ largest possible domain is x ∈ ℜ: x ≥ 3.

To find the range we first sketch the graph

and we see that the graph will cover all of the

y-axis from 1 upwards

and so the range is y ∈ ℜ: y ≥ 1.

− 2 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 2 4 6 x y y = √ ( x − 3 ) + 1 d o m a i n r a n g e
y = √(x−3) + 1 的图像(蓝色标出定义域,绿色标出值域)

Example:Find the largest possible domain and the range for the function

f : x → 2xx + 1. Give the equations of its asymptotes.

Solution:

The only problem occurs when the denominator is 0, and so x cannot be –1.

Thus the largest domain is x ∈ ℜ: x ≠ –1.

To find the range we sketch the graph

and we see that y can take any value

except 2,

so the range is y ∈ ℜ: y ≠ 2.

Asymptotes are x = –1 and y = 2

0 − 8 − 6 − 4 − 2 2 4 6 8 − 6 − 4 − 2 2 4 6 8 x y y = 2 x / ( x + 1 ) d o m a i n r a n g e r a n g e d o m a i n a s y m p t o t e y = 2 a s y m p t o t e x = − 1
y = 2x/(x+1) 的图像(蓝色标出定义域与值域,两条蓝色虚线为渐近线)
定义函数Defining functions

有些映射可以通过限制定义域而成为函数。

Examples:

1) The mapping x → √x where x ∈ ℜ is not a function as √–9 is not defined, but if we

restrict the domain to positive or zero real numbers then f : x → √ x where x ∈ ℜ, x ≥ 0

is a function.

2) x → 1x − 3 where x ∈ ℜ is not a function as the image of x = 3 is not defined,

but f : x → 1x − 3 where x ∈ ℜ, x ≠ 3 is a function.

复合函数Composite functions

要求复合函数 fg,必须先作用 g。

Example:f : x → 3x – 2 and g : x → x2 + 1. Find fg and gf.

Solution:

Think of f and g as ‘rules’

f is

m u l t i p l y b y 3 s u b t r a c t 2
f 的规则:先「乘以 3」,再「减去 2」

g is

s q u a r e a d d 1
g 的规则:先「平方」,再「加 1」

⇒ fg is

m u l t i p l y b y 3 s u b t r a c t 2 s q u a r e a d d 1
fg 的规则:平方 → 加 1 → 乘以 3 → 减去 2

giving (x2 + 1) × 3 – 2 = 3x2 + 1

⇒ fg : x → 3x2 + 1 or fg(x) = 3x2 + 1.

gf is

m u l t i p l y b y 3 s u b t r a c t 2 s q u a r e a d d 1
gf 的规则:乘以 3 → 减去 2 → 平方 → 加 1

giving (3x – 2)2 + 1 = 9x2 – 12x + 5

⇒ gf : x → 9x2 – 12x + 5 or gf (x) = 9x2 – 12x + 5.

注意 fg 与 gf 并不相同。

反函数及其图像Inverse functions and their graphs

f 的逆是 f 的‘相反操作’:因此‘乘以 3’的逆是‘除以 3’,而‘平方’的逆是‘开平方’。

f 的逆记作 f –1:注意它并不表示‘1 除以 f’。

y = f –1(x) 的图像是 y = f (x) 的图像关于直线 y = x 的对称图形。

求函数的逆To find the inverse of a function

(i) 交换 x 与 y

(ii) 用 x 表示 y。

Example:Find the inverse of f : x → 3x – 2.

Solution:

We have x → y = 3x – 2

(i)

interchanging x and y ⇒ x = 3y – 2

(ii)

solving for y ⇒ y = x + 23

⇒

f –1 : x → x + 23

− 4 − 2 2 4 − 4 − 2 2 4 x y y = x y = f – 1 ( x ) y = f ( x )
y = f(x)、y = f⁻¹(x) 与直线 y = x

Example:Find the inverse of g : x → x + 32x − 5.

Solution:

We have x → y = x + 32x − 5

(i)

interchanging x and y

⇒ x = y + 32y − 5

(ii)

solving for y

⇒ x(2y – 5) = y + 3

⇒

2xy – 5x = y + 3

⇒

2xy – y = 5x + 3

⇒

y(2x – 1) = 5x + 3

⇒

y = 5x + 32x − 1

⇒

g –1 : x → 5x + 32x − 1

− 4 − 2 2 4 6 2 4 6 x y y = x y = g – 1 ( x ) y = g ( x )
y = g(x)、y = g⁻¹(x) 与直线 y = x

注意 f f –1 (x) = f –1 f (x) = x.

反函数的定义域与值域Domain and range of inverse functions

注意 f (x) 的定义域是 f –1(x) 的值域,f (x) 的值域是 f –1(x) 的定义域。

这是因为 y = f –1(x) 的图像是 y = f (x) 的图像关于直线 y = x 对称得到的。

Example:f (x) = (x – 3)2 + 4, x ∈ ℜ, x ≤ 3.

(a)

Sketch the graph of y = f (x), and state its range.

(b)

Find the inverse function, f –1(x) and sketch its graph on the same diagram.

Show the line y = x on your diagram.

(c)

State the domain and range of f –1(x).

Solution:

(a)

As the domain of f is x ≤ 3, we only

have the ‘left’ part of the parabola.

The range is f (x) ≥ 4, f (x) ∈ ℜ.

(b)

To find the inverse, swap x and y, then

find y.

x = (y – 3)2 + 4

⇒

y – 3 = ±√x − 4

From the reflection of y = f (x) in y = x,

we can see that we want the negative

sign

⇒

y = 3 – √x − 4

(c)

The domain of f –1(x) is x ≥ 4 (the range of f (x)).

The range of f –1(x) is f –1(x) ≤ 3 (the domain of f (x)).

− 2 2 4 6 8 − 2 2 4 6 8 x y y = x y = f – 1 ( x ) y = f ( x )
y = f(x)、y = f⁻¹(x) 与直线 y = x 画在同一图上

模函数Modulus functions

模函数 y = |f (x)|Modulus functions y = |f (x)|

|f (x)| 是 f (x) 的‘正值’,所以要画 y = |f (x)| 的图像,先画 y = f (x) 的图像,然后把 x–axis 下方的部分对称到 x–axis 上方。

Example:Sketch the graph of y = |x2 – 3x|.

Solution:

First sketch the graph of y = x2 – 3x Then reflect the portion below

the x-axis in the x–axis to give

− 1 1 2 3 4 − 2 − 1 1 2 3 x y y = x ² − 3 x
y = x² − 3x
− 1 1 2 3 4 − 2 − 1 1 2 3 x y y = | x ² − 3 x |
y = |x² − 3x|
模函数 y = f (|x|)Modulus functions y = f (|x|)

在这种情况下 f (–3) = f (3), f (–5) = f (5), f (–8.7) = f (8.7) 等等,所以 y–axis 左侧的图像必须是 y–axis 右侧图像的对称图形;所以要画这个图,先只画 x 取正值时的图像,再把它关于 y–axis 对称过去。

Example:Sketch the graph of y = |x|2 – 3|x|.

Solution:

f (x) = x2 – 3x

⇒

f (|x|) = |x|2 – 3|x|

First sketch the graph of y = x2 – 3x for positive

values of x only.

Then reflect your graph in the y–axis to

complete the sketch.

− 1 1 2 3 4 1 2 3 x y y = x ² − 3 x
y = x² − 3x
− 4 − 3 − 2 − 1 1 2 3 4 − 2 − 1 1 2 3 x y y = | x | ² − 3 | x |
y = |x|² − 3|x|

标准图像Standard graphs

− 3 − 2 − 1 1 2 − 2 − 1 1 2 3 x y y = x ³ y = x
y = x³ 与 y = x
− 2 − 1 1 2 − 1 1 2 3 4 x y y = x ⁴ y = x ²
y = x⁴ 与 y = x²
− 3 − 2 − 1 1 2 3 − 2 − 1 1 2 x y y = 1 / x − 1 − 1 1 2 3 y
y = 1/x
− 1 1 2 3 4 5 6 7 − 1 1 2 3 x y y = √ x
y = √x

图像变换的组合Combinations of transformations of graphs

我们知道以下几种图像的变换:

y = f (x)

平移 ab 后变为 y = f (x – a) + b

沿 y 方向伸缩 a 倍后变为 y = a × f (x)

沿 x 方向伸缩 a 倍后变为 y = fxa

关于 x-axis 反射后变为 y = – f (x)

关于 y-axis 反射后变为 y = f (–x)

这些变换可以组合使用:

Examples:

1)

y = 2f (x – 3) is the image of y = f (x) under a stretch in the y-axis of factor 2

followed by a translation 03, or the translation followed by the stretch.

2)

y = 3x2 + 6 is the image of y = x2 under a stretch in the y-axis of factor 3

followed by a translation 60,

BUT these transformations cannot be done in the reverse order.

To do a translation before a stretch we have to notice that

3x2 + 6 = 3(x2 + 2) which is the image of y = x2 under a translation of 20

followed by a stretch in the y-axis of factor 3.

3)

y = – sin(x + π) is the image of y = sin x under a reflection in the x-axis

followed by a translation of −π0−0π, or the translation followed by the reflection.

绘制曲线Sketching curves

画曲线时,要标出与坐标轴交点的坐标,以及所有渐近线的方程−渐近线用虚线表示。

Example:Sketch the curve y= 4 − 2x, x > 0

Solution:

Note that the domain is x > 0, so no graph to the left of the y-axis.

x ≠ 0 ⇒ curve does not meet the x-axis

y = 0 ⇒ x = 1

Thinking of y = −2x translated up 4,

the horizontal asymptote is y = 4.

Do not forget that the y-axis, x = 0, is also an asymptote.

− 2 − 1 1 2 3 4 5 − 3 − 2 − 1 1 2 3 4 5 x y y = 4 − 2 / x a s y m p t o t e y = 4 a s y m p t o t e x = 0
y = 4 − 2/x(两条蓝色虚线为渐近线)

3三角学Trigonometry

正割、余割与余切Sec, cosec and cot

正割写作 sec x = 1cos x; 余割写作 cosec x = 1sin x

余切写作 cot x = 1tan x = cos xsin x

图像Graphs
− π π 2 π − 2 2 x y y = c o s x y = s e c x
y = sec x 与 y = cos x 的图像
− π π 2 π − 2 2 x y y = s i n x y = c o s e c x
y = cosec x 与 y = sin x 的图像

注意你的计算器上没有 sec、cosec 与 cot 按键, 所以要求解含 sec、cosec 与 cot 的方程,先把它们换成含 sin、cos 与 tan 的方程,再照常用计算器求解。

− π π 2 π − 2 2 x y y = t a n x y = c o t x
y = tan x 与 y = cot x 的图像

Example:Find cosec 35o.

Solution:cosec 35o = 1sin 35o = 10⋅53576... = 1⋅743 to 4 S.F.

Example:Solve sec x = 3⋅2 for 0 ≤ x ≤ 2π

Solution:sec x = 3⋅2 ⇒ 1cos x = 3⋅2 ⇒ cos x = 13⋅2 = 0⋅3125

⇒ x = 1⋅25 or 2π – 1⋅25 = 5⋅03 radians to 3 S.F.

反三角函数Inverse trigonometrical functions

sin x 的反函数写作 arcsin x 或 sin–1 x; 为了使 x 的一个值只对应函数的唯一一个值,我们把定义域限制为 –π/2 ≤ x ≤ π/2。

注意 y = arcsin x 的图像是 y = sin x 的图像的一部分 关于直线 y = x 的反射。

cos x 与 tan x 的反函数同理,如下图所示。

图像Graphs

y = arcsin x

− 3 − 2 − 1 1 2 3 4 − π / 2 π / 2 x y y = s i n x y = a r c s i n x y = x
y = arcsin x 与 y = sin x 关于直线 y = x 对称
− 3 − 2 − 1 1 2 3 4 π / 2 π x y y = c o s x y = a r c c o s x y = x
y = arccos x 与 y = cos x 关于直线 y = x 对称

y = arctan x

− 6 − 5 − 4 − 3 − 2 − 1 1 2 3 4 5 6 − π / 2 π / 2 x y y = t a n x y = a r c t a n x y = x
y = arctan x 与 y = tan x 关于直线 y = x 对称

三角恒等式Trigonometrical identities

你应该 记住 这些

sin2 θ + cos2 θ = 1 tan2θ + 1 = sec2θ 1 + cot2θ = cosec2θ sin (A + B) = sin A cos B + cos A sin B sin (A – B) = sin A cos B – cos A sin B sin 2A = 2 sin A cos A cos (A + B) = cos A cos B – sin A sin B cos (A – B) = cos A cos B + sin A sin B cos 2A = cos2 A – sin2 A = 2 cos2 A – 1 = 1 – 2 sin2 A sin2 A = ½ (1 – cos 2A) cos2 A = ½ (1 + cos 2A) sin2 ½ θ = ½ (1 – cos θ) cos2 ½ θ = ½ (1 + cos θ) sin 3A = 3 sin A – 4 sin3 A cos 3A = 4 cos3A – 3 cos A tan(A + B) = tan A + tan B1 - tan A tan B
tan(A – B) = tan A - tan B1 + tan A tan B tan 2A = 2tanA1 - tan2A tan 3A = 3tanA − tan3A1 − 3tan2A sin P + sin Q = P + Q2 cos P - Q2 sin P – sin Q = P + Q2 sin P - Q2 cos P + cos Q = P + Q2 cos P - Q2 cos P – cos Q = -P + Q2 sin P - Q2 2 sin A cos B = sin(A + B) + sin(A – B) 2 cos A sin B = sin(A + B) – sin(A – B) 2 cos A cos B = cos(A + B) + cos(A – B) –2 sin A sin B = cos(A + B) – cos(A – B)

最后四个公式,2 sin A cos B = sin(A + B) + sin(A – B) 等, 没有 收在公式手册里,应该 记住。

你应该掌握这四个公式的证明:sin P + sin Q = 2 sin 𝑃+𝑄2 cos 𝑃−𝑄2,等等。

和差化积公式的证明Proof of sin P + sin Q = 2 sin 𝑷+𝑸𝟐 cos 𝑷−𝑸𝟐

我们知道

sin(A + B) = sin A cos B + cos A sin B

并且

sin(A − B) = sin A cos B − cos A sin B

⇒ sin(A + B) − sin(A − B) = 2 sin A cos B

现在令 P = A + B,且 Q = A − B

⇒ P + Q = 2A, and P − Q = 2B, ⇒ A = P+Q2 , and B = P−Q2

⇒ sin P + sin Q = 2 sin P+Q2 cos P−Q2 .

其余公式可以用同样的方法证明。

求精确值Finding exact values

求精确值时 不能 使用计算器。

Example:Find the exact value of cos 15o

Solution:

We know the exact values of sin 45o, cos 45o and sin 30o, cos 30o

so we consider cos 15 = cos (45 – 30) = cos 45 cos30 + sin 45 sin 30

= 12 × 32 + 12 × 12 = 3 + 122 = 6 + 24 .

Example:Given that A is obtuse and that B is acute, and sin A = 3/5 and cos B = 5/13 find

the exact value of sin (A + B).

Solution:

We know that sin (A + B) = sin A cos B + cos A sin B so we must first find

cos A and sin B.

Using sin2 θ + cos2 θ = 1

⇒ cos2 A = 1 – 9/25 = 16/25

and sin2 B = 1 – 25/169 = 144/169

⇒ cos A = ± 4/5 and sin B = ± 12/13

But A is obtuse so cos A is negative, and B is acute so sin B is positive

⇒ cos A = – 4/5 and sin B = 12/13

⇒ sin (A + B) = 3/5 × 5/13 + – 4/5 × 12/13 = –33/65

证明恒等式Proving identities.

从一边开始,通常是 L.H.S.,一边摆弄它一边把它化成另一边。

不要 同时摆弄两边。

Example:Prove that

cos 2A + 11 - cos 2A = cot2 A .

Solution:

L.H.S. =

cos 2A + 11 - cos 2A = 2 cos2 A - 1 + 11 - (1 - 2 sin2 A) = 2 cos2 A2 sin2 A = cot2 A . Q.E.D.

消去两式之间的变量Eliminating a variable between two equations

Example:Eliminate θ from the parametric equations x = sec θ – 1, y = tan θ.

Solution:

We remember that tan2θ + 1 = sec2θ

⇒ sec2θ – tan2θ = 1.

secθ = x + 1 and tanθ = y

⇒ (x + 1)2 – y2 = 1

⇒ y2 = (x + 1)2 – 1 = x2 + 2x.

解方程Solving equations

这里你得挑出「最好」的恒等式来帮你解方程。

Example:Solve the equation sec2A = 3 – tan A, for 0 ≤ A ≤ 360o.

Solution:

We know that tan2A + 1 = sec2A

⇒ tan2A + 1 = 3 – tan A

⇒ tan2A + tan A – 2 = 0, factorising gives

⇒ (tan A – 1)(tan A + 2) = 0

⇒ tan A = 1 or tan A = –2

⇒ A = 45, 225, or 116⋅6, 296⋅6.

Example:Solve sin 3x − sin 5x = 0 for 0o ≤ x ≤ 90o.

Solution:

Using the formula sin P − sin Q = 2 cos

𝑃+𝑄2 sin 𝑃−𝑄2

⇒ 2 cos 4x sin(−x) = 0

⇒ cos 4x sin x = 0

⇒ cos 4x = 0,

or sin x = 0

⇒ 4x = 90, 270, (450), … or x = 0, (180), …

⇒ x = 0o, 22⋅5o or 67⋅5o.

R cos(x + α) 型恒等式R cos(x + α)

用下面列出的公式之一,可以把 A cos x ± B sin x 写成另一种形式:

(1)    R cos (x + α) = R cos x cos α – R sin x sin α

(2)    R cos (x – α) = R cos x cos α + R sin x sin α

(3)    R sin (x + α) = R sin x cos α + R cos x sin α

(4)    R sin (x – α) = R sin x cos α – R cos x sin α

为了使 R 为正、α 为锐角,我们选择对应 + 与 – 符号相符的那个公式。 无论选哪个公式,做法都一样。

Example:Solve the equation 12 sin x – 5 cos x = 6 for 0o ≤ x ≤ 360o.

Solution:

First re–write in the above form:

notice that the sin x is positive and the cos x is negative so we need formula (4).

R sin (x – α) = R sin x cos α – R cos x sin α = 12 sin x – 5 cos x

Equating coefficients of sin x, ⇒ R cos α = 12 I

Equating coefficients of cos x, ⇒ R sin α = 5 II

Squaring and adding I and II ⇒ R2 cos2 α + R2 sin2 α = 122 + 52

⇒ R2 (cos2 α + sin2 α) = 144 + 25

but cos2 α + sin2 α = 1

⇒ R2 = 169

⇒ R = ±13

But choosing the correct formula means that R is positive ⇒ R = +13

Substitute in I ⇒

cos α = 12/13

⇒ α = 22⋅620…o or 337⋅379…o or ……

and choosing the correct formula means that α is acute

⇒ α = 22⋅620…o.

⇒ 12 sin x – 5 cos x = 13 sin(x – 22⋅620…)

To solve

12 sin x – 5 cos x = 6

⇒ 12 sin x – 5 cos x = 13 sin(x – 22⋅620…) = 6

⇒ sin(x – 22⋅620…) = 6/13

⇒ x – 22⋅620… = 27⋅486… or 180 – 27⋅486… = 152⋅514…

⇒ x = 50⋅1o or 175⋅1o .

Example:Find the maximum value of 12 sin x – 5 cos x and the smallest positive value

of x for which it occurs.

Solution:

From the above example 12 sin x – 5 cos x = 13 sin(x – 22.6).

The maximum value of sin(anything) is 1 and occurs when the angle is 90, 450, 810

etc. i.e. 90 + 360n

⇒ the max value of 13 sin(x – 22⋅6) is 13

when x – 22⋅6 = 90 + 360n ⇒ x = 112⋅6 + 360no,

⇒ smallest positive value of x is 112⋅6o.

4指数与对数Exponentials and logarithms

自然对数Natural logarithms

定义与图像Definition and graph

e ≈ 2⋅7183,以 e 为底的对数称为自然对数。

且 loge x 通常写作 ln x。

注意 y = ex 与 y = ln x 互为反函数, 且其中一个的图像是另一个关于直线 y = x 的反射。

− 2 2 − 2 2 y = l n x y = e x y = x
y = eˣ 与 y = ln x 的图像(绿色虚线为 y = x)

y = e(ax + b) + c 的图像。

y = e2x 的图像是 y = ex 的图像沿 x 轴方向拉伸 1/2 倍得到的。

当 x > 0 时 y = e2x 在 y = ex 上方,当 x < 0 时在其下方。

− 2 1 2 3 y y = e x y = e 2 x
y = eˣ 与 y = e²ˣ 的图像

y = e(2x + 3) 的图像是 y = e2x 的图像沿向量 −320−023 平移得到的,

因为 2x + 3 = 2(x – −32)。

而 y = e(2x + 3) + 4 的图像是 y = e(2x + 3) 的图像沿向量 0440 平移得到的。

− 4 − 2 2 2 4 6 y = e 2 x y = e ( 2 x + 3 ) y = e ( 2 x + 3 ) + 4
y = e²ˣ、y = e^(2x+3) 与 y = e^(2x+3)+4 的图像
形如 eax + b = p 的方程Equations of the form eax + b = p

Example:Solve e2x + 3 = 5.

Solution:

Take the natural logarithm of each side,

remember that ln x is the inverse of ex

⇒ ln (e2x + 3) = ln 5 ⇒ 2x + 3 = ln 5

⇒ x = ln 5 − 32 = –0⋅695 to 3 S.F.

Example:Solve ln (3x – 5) = 4.

Solution:

(i) From the definition of logs loga x = y ⇔ x = ay

ln (3x – 5) = 4

⇒ 3x − 5 = e4

⇒ x = e4 + 53 = 19⋅9 to 3 S.F.

OR

(ii) Raise both sides to the power of e, .

⇒ eln (3x – 5) = e4 ⇒ (3x – 5) = e4

remember that ex is the inverse of ln x

⇒ x = e4 + 53 = 19⋅9 to 3 S.F.

5微分Differentiation

链式法则Chain rule

若 y 是形如 y = (5x2 – 7)9 的复合函数,

把 y 看作 y = u9,其中 u = 5x2 – 7,

则链式法则给出

dydx = dydu × dudx
⇒dydx=9u8 × dudx ⇒dydx=9(5x2 – 7)8 × (10x) = 90x(5x2 – 7)8 .

这条法则非常简单:先对 u 的函数求导,再乘以 dudx。

Example:y = √(x3 – 2x). Find dydx .

Solution:y = √(x3 – 2x) = (x3 – 2x)12. Put u = x3 – 2x

⇒ y = u12 ⇒dydx=dydu × dudx ⇒dydx=12u−12 × dudx = 12(x3 − 2x)−12 × (3x2 − 2) ⇒dydx=3x2 − 22(x3 − 2x)12 .

乘积法则Product rule

若 y 是两个函数 u 与 v 的乘积,则

y = uv ⇒ dydx = u dvdx + v dudx .

Example:Differentiate y = x2 × √(x – 5).

Solution:y = x2 × √(x – 5) = x2 × (x – 5)12

so put u = x2 and v = (x – 5)12

⇒dydx=u dvdx + v dudx =x2 × 12(x – 5)−12 + (x – 5)12 × 2x =x22√x − 5 + 2x√x − 5 .

商法则Quotient rule

若 y 是两个函数 u 与 v 的商,则

y = uv ⇒ dydx = v dudx − u dvdxv2 .

Example:Differentiate y = 2x − 3x2 + 5x

Solution:y = 2x − 3x2 + 5x, so put u = 2x – 3 and v = x2 + 5x

⇒dydx=v dudx − u dvdxv2 =(x2 + 5x) × 2 − (2x − 3) × (2x + 5)(x2 + 5x)2 =2x2 + 10x − (4x2 + 4x − 15)(x2 + 5x)2 = −2x2 + 6x + 15(x2 + 5x)2 .

Example:If y = 3x − 2√x − 1 , find dydx, expressing your answer as a single algebraic fraction in

its simplest form.

Solution:y = 3x − 2(x − 1)12

⇒dydx=(x − 1)12 × 3 − (3x − 2) × 12(x − 1)−12x − 1 ⇒dydx=(x − 1)12 × 3 − 3x − 22(x − 1)1⁄2x − 1 ⇒dydx=(x − 1)12 × 3 − 3x − 22(x − 1)1⁄2x − 1 × 2(x − 1)1⁄22(x − 1)1⁄2 ⇒dydx=6(x − 1) − (3x − 2)2(x − 1)3⁄2 = 6x − 6 − 3x + 22(x − 1)3⁄2 ⇒dydx=3x − 42(x − 1)3⁄2

ex 与 logex ≡ ln x 的导数Derivatives of ex and logex ≡ ln x

y = ex⇒dydx = ex y = ln x⇒dydx = 1x y = ln kx⇒y = ln k + ln x ⇒dydx = 0 + 1x = 1x 或y = ln kx⇒dydx = 1kx × k = 1xusing the chain rule y = ln xk⇒y = k ln x ⇒dydx = k × 1x = kx

Example:Find the derivative of f (x) = x3 – 5ex at the point where x = 2.

Solution:f (x) = x3 – 5ex

⇒f ′(x) = 3x2 – 5ex ⇒f ′(2) = 12 – 5e2 = –24⋅9

Example:Differentiate the function f (x) = ln 3x – ln x5

Solution:f (x) = ln 3x – ln x5 = ln 3 + ln x – 5 ln x = ln 3 – 4 ln x

⇒f ′(x) = −4x or we can use the chain rule ⇒f ′(x) = 13x×3 − 1x5×5x4 = −4x

Example:Find the derivative of f (x) = log10 3x.

Solution:f (x) = log10 3x = ln 3xln 10using change of base formula

=ln 3 + ln xln 10 = ln 3ln 10 + ln xln 10 ⇒f ′(x) = 0 + 1xln 10 = 1x ln 10 .

Example:y = ex2. Find dydx .

Solution:y = eu, where u = x2

⇒dydx=dydu × dudx ⇒dydx=eu × dudx = ex2 × 2x = 2x ex2 .

Example:y = ln 7x3. Find dydx .

Solution:y = ln u, where u = 7x3

⇒dydx=dydu × dudx ⇒dydx=1u × dudx = 17x3 × 21x2 = 3x .
dydx = 1dxdy

由链式法则可以看出 dydx × dxdy = 1,

⇒dydx=1dxdy

Example:x = sin2 3y. Find dydx .

Solution:First find dxdy as this is easier.

dxdy=2 sin 3y cos 3y × 3 = 6 sin 3y cos 3y ⇒dydx=1dxdy = 16 sin 3y cos 3y = 13 sin 6y = 13 cosec 6y

Example:If y = 5x + 2, find dydx .

Solution 1:y = 5x × 52 = 25 × 5x

⇒dydx = 25 × 5x ln 5

Solution 2: y = 5x + 2 = 5u

⇒dydx = 5u ln 5 × dudx = 5x + 2 ln 5using the chain rule and dudx = 1

Example:y= 7x2, find dydx

Solution:y = 7u ⇒ dydx = 7u ln 7 × dudx = 7x2ln 7 × 2xusing the chain rule

ax 的导数Derivative of ax

y = ax ⇒ dydx = ax ln a

证明:

y = ax

⇒ln y = ln ax = x ln a ⇒1y dydx = ln a ⇒dydx = y ln a = ax ln a

你应该记住这个证明。

三角函数微分Trigonometric differentiation

微分三角函数时,x 必须以弧度为单位。

函数 f (x)导函数 f ′ (x)重要恒等式
sin xcos x
cos x– sin xsin2x + cos2x = 1
tan xsec2x
sec xsec x tan xtan2x + 1 = sec2x
cot x– cosec2x
cosec x– cosec x cot x1 + cot2x = cosec2x

链式法则进阶例题Chain rule – further examples

Example:y = sin4 x. Find dydx .

Solution:y = sin4 x. Put u = sin x

⇒ y = u4 ⇒ dydx = dydu × dudx ⇒ dydx = 4u3 × dudx = 4 sin3 x × cos x .

三角与乘积、商法则Trigonometry and the product and quotient rules

Example:y = esin x. Find dydx .

Solution:y = eu, where u = sin x

⇒dydx=dydu × dudx ⇒dydx=eu × dudx = esin x × cos x = cos x × esin x .

Example:y = ln (sec x). Find dydx .

Solution:y = ln u, where u = sec x

⇒dydx=dydu × dudx ⇒dydx=1u × dudx = 1sec x × sec x tan x = tan x .

Example:Differentiate y = x2 × cosec 3x.

Solution:dydx = u dvdx + v dudx

y = x2 × cosec 3x

Put u = x2 and v = cosec 3x

dydx=x2 × (–3 cosec 3x cot 3x) + cosec 3x × 2x =–3x2 cosec 3x cot 3x + 2x cosec 3x .

Example:Differentiate y = tan 2x7x3

Solution:y = uv ⇒ dydx = v dudx − u dvdxv2

y = tan 2x7x3

Put u = tan 2x and v = 7x3

⇒dydx=7x3 × 2sec2 2x − tan 2x × 21x2(7x3)2 ⇒dydx=14x3 sec2 2x − 21x2 tan 2x49x6 ⇒dydx=2x sec2 2x − 3 tan 2x7x4

6数值方法Numerical methods

求 f(x) = 0 的根的定位Locating the roots of f(x) = 0

粗略画出 y = f (x) 的图像,就能大致看出 f (x) = 0 的根的位置。

若 y = f (x) 在 x = a 与 x = b 之间变号,且 f (x) 在此区间内连续,则 f (x) = 0 的一个根落在 x = a 与 x = b 之间。

x a b y = f ( x )
函数 y = f(x) 的图像:曲线在 x = a 与 x = b 之间穿过 x 轴

迭代 xn + 1 = g(xn)The iteration xn + 1 = g(xn)

Example:

(a) Show that a root, α, of the equation f (x) = x3 – 8x – 7 = 0 lies between 3 and 4.

(b) Show that the equation x3 – 8x – 7 = 0 can be re–arranged as x = 38x + 7 .

(c) Starting with x1 = 3, use the iteration xn + 1 = 38xn + 7 to find the first four iterations for x.

(d) Show that your value of x4 is correct to 3 S.F.

Solution:

(a) f (3) = 27 – 24 – 7 = –4, and f (4) = 64 – 32 – 7 = +25

Thus f (x) changes sign and f (x) is continuous ⇒ there is a root between 3 and 4.

(b) x3 – 8x – 7 = 0 ⇒ x3 = 8x + 7 ⇒ x = 38x + 7 .
(c)x1 = 3 ⇒x2 = 38×3 + 7⇒= 3⋅14138065239 ⇒x3 = 3⋅17912997899 ⇒x4 = 3⋅18905898325
(d)x4 = 3⋅19 to 3 S.F. f (3⋅185) = 3⋅1853 – 8 × 3⋅185 – 7 = – 0⋅17 … f (3⋅195) = 3⋅1953 – 8 × 3⋅195 – 7 = + 0⋅05 … f (x) changes sign and f (x) is continuous ⇒there is a root in the interval [3⋅185, 3⋅195] ⇒α = 3⋅19 to 3 S.F.

收敛的条件Conditions for convergence

若把方程整理成 x = g(x),并且存在一个根 x = α,

那么从 x = α 附近的近似值出发的迭代 xn+1 = g(xn),

(i)

将收敛,若 –1 < g ′(α) < 1

x y X X 1 2 X 3 X 4 y = g ( x ) y = x
阶梯形迭代:X₁ → X₂ → X₃ → X₄ 单调逼近交点(不振荡收敛)

(a) 将不振荡地收敛,若 0 < g ′(α) < 1,

x y X X 1 2 X 3 X 4 y = g ( x ) y = x
蛛网形迭代:折线在交点两侧交替、逐层收拢(振荡收敛)

(b) 将振荡地收敛,若 –1 < g ′(α) < 0,

(ii)

将发散,若

g ′(α) < –1 或 g ′(α) > 1.

x y X X 1 2 X 3 X 4 y = g ( x ) y = x
发散情形:迭代点逐次远离交点

7附录Appendix

sin x 与 cos x 的导数Derivatives of sin x and cos x

limh→0sin hh= 1

OAB 是圆心为 O、半径为 r 的圆的扇形。

三角形 OAB 的面积,12r2 sin h,

小于扇形 OAB 的面积,12r2h

⇒ 12r2 sin h < 12r2h
h O A B C r r r t a n h r t a n h
扇形 OAB 与三角形 OBC:半径 r、圆心角 h,竖直边 CB 的长度为 r 与 h 的正切之积
⇒ sin hh < 1…….I

又扇形 OAB 的面积,12r2h

小于三角形 OBC 的面积,12r2 tan h,

⇒ 12r2h < 12r2 tan h⇒ cos h < sin hh……..II
由 I 与 II ⇒ cos h < sin hh < 1
且当 h → 0,limh→0 cos h = 1
⇒ 1 < limh→0sin hh < 1⇒ limh→0sin hh= 1

h 必须以弧度为单位,因为扇形面积的公式只有在 h 以弧度为单位时才成立。

导数的另一形式Alternative formula for derivative

曲线在 P 点的梯度将近似等于直线 QR 的梯度。

QM = f (x – h) 且 RN = f (x + h)

⇒ RS = f (x + h) – f (x – h)

QS = MN = 2h

⇒ QR 的梯度 = f (x + h) – f (x – h)2h

且当 h → 0,QR 的梯度 → f ′(x) = 曲线在 P 点的梯度

⇒ f ′(x) = limith→0 f (x + h) – f (x – h)2h

y = f ( x ) P R Q S x N M x + h x – h x y
曲线 y = f (x) 上的 Q、R 与弦 QR:过 Q 的水平线交 x + h 处的竖直线于 S,RS 与 QS 分别是这个差商的分子与分母

在 C2 中我们用过公式 f ′(x) = limith→0 f(x+h)−f(x)h

sin x 与 cos x 的导数Derivatives of sin x and cos x

f (x) = sin x 且 f ′(x) = limith→0 f (x + h) – f (x – h)2h

⇒f ′(x)=limith→0sin (x + h) – sin (x – h)2h =limith→0(sin x cos h + cos x sin h ) − (sin x cos h − cos x sin h )2h =limith→02 cos x sin h2h =limith→0 cos x sin hh 而limith→0sin hh = 1 ⇒f ′(x)=ddx (sin x) = cos x

同理可证 ddx (cos x) = – sin x

x 必须以弧度为单位。

🎓 成绩等级与 A* 规则

单元成绩由原始分(Raw)换算为统一分(UMS)后合并计算。各等级所需的最低 UMS 分如下:

资格等级最高 UMS 分ABCDE
International AS(合并代码 XMA01、XFM01、XPM01)300240210180150120
International A Level(合并代码 YMA01、YFM01、YPM01)600480420360300240

总 UMS 在 0–119(International AS)或 0–239(International A Level)区间的考生将被评为 Unclassified(U,未分级)。

  • IAL 数学(Mathematics):总分达 A(至少 480 / 600),且 P3、P4 两单元合计 UMS 至少 180 / 200,方授予 A*。
  • IAL 进阶数学(Further Mathematics):总分达 A(至少 480 / 600),且成绩最好的三个 IA2 单元(纯数或应用单元均可)合计 UMS 至少 270 / 300,方授予 A*。
  • IAL 纯数学(Pure Mathematics):总分达 A(至少 480 / 600),且 IA2 单元合计 UMS 至少 270 / 300,方授予 A*。

译自 Pearson Edexcel《International Advanced Level Mathematics / Further Mathematics / Pure Mathematics Specification》(Issue 3, 2019)第 74 页「Qualification results」。

📈 近三次考季分数线(官方文件截图)

每次考季后 Pearson 按当次试卷难度公布各单元的 Raw(原始分)分界;UMS 分界固定不变(AS 单元 a–e 对应 80/70/60/50/40,A2 单元另设 a* = 90)。表中同一单元的两行(如 Unit 1 与 Unit 1A)为同一份试卷的不同版本,Raw 分界不同、UMS 分界相同,具体以考生所考版本为准。

📍 2026年6月考季

Pearson 官方 2026年6月考季 International A Level 分数线 — Mathematics(数学)
2026年6月考季 · Mathematics(数学) — 截自 Pearson 官方文件 IAL subject grade boundaries
Pearson 官方 2026年6月考季 International A Level 分数线 — Further Mathematics(进阶数学)
2026年6月考季 · Further Mathematics(进阶数学) — 截自 Pearson 官方文件 IAL subject grade boundaries

📍 2026年1月考季

Pearson 官方 2026年1月考季 International A Level 分数线 — Mathematics(数学)
2026年1月考季 · Mathematics(数学) — 截自 Pearson 官方文件 IAL subject grade boundaries
Pearson 官方 2026年1月考季 International A Level 分数线 — Further Mathematics(进阶数学)
2026年1月考季 · Further Mathematics(进阶数学) — 截自 Pearson 官方文件 IAL subject grade boundaries

📍 2025年10月考季

Pearson 官方 2025年10月考季 International A Level 分数线 — Mathematics(数学)
2025年10月考季 · Mathematics(数学) — 截自 Pearson 官方文件 IAL subject grade boundaries

截图来源:qualifications.pearson.com 官方「Grade boundaries — International A Level」文件(2026 年 6 月 / 2026 年 1 月 / 2025 年 10 月考季)。2025 年 10 月考季官方文件未含进阶数学段落(该考季未开放相应单元)。

⏰ 距下一场考试
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2026年10月考季
10月21日 周三 P3 · Pure Mathematics 3WMA13/01 1h 30m — 待考
2027年1月考季
1月15日 周五 P3 · Pure Mathematics 3WMA13/01 1h 30m 下午 待考
2027年5–6月考季
5月25日 周二 P3 · Pure Mathematics 3WMA13/01 1h 30m 下午 待考
📝

分类真题稍后补充。

同一考季只保留一条链接:QP(试卷)/ MS(评分表)优先用 Pearson 官方直链,官方未公开该考季时才回退到第三方镜像 PMT(physicsandmathstutor.com,链接带 <em>PMT</em> 小标签);MA(Model Answers 详解)仅 PMT 有,ER(Examiner Report 考官报告)仅官方有。

⚠️ October 2025 / January 2026 / June 2026 三个考季:官方材料已上传但锁在教师账号后(访问跳登录页),第三方也尚未收录——本站不提供这三个考季的链接,需要请登录 Pearson 官方 course materials 页或经所在 centre 获取。

同一次考试可能有多个版本(如 Unit 1 与 Unit 1A),另有少量“(Unused)”备用卷,以表中实际列为准。

📄 Pure Mathematics 3(WMA13)· 历年真题与评分材料

考季试卷 QP评分表 MS详解 MA考官报告 ER
January 2020QP PMTMS PMT––
October 2020QPMS––
January 2021QP PMTMS PMT––
June 2021QPMS PMT––
October 2021QP PMTMS–ER
January 2022QP PMTMS––
June 2022QPMS–ER
October 2022QPMS–ER
January 2023QPMS–ER
June 2023QPMS–ER
October 2023QPMS–ER
January 2024QPMS–ER
June 2024QPMS–ER
October 2024QPMS–ER
January 2025QPMS–ER
June 2025QPMS–ER

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