單元總覽/題庫/01 數與式
第一冊 · 題庫 01

數與式 · 題庫

18 題,對應單元的四大主題:實數系、絕對值即距離、絕對值不等式、根式與指數律。先自己算,再點開解答對答案——不會的題把觀念補回教學頁。

基礎 進階 挑戰
群組 1 · 實數系與數線
1-1有理/無理判斷基礎

下列各數,哪些是無理數?

√9、√8、0.3̇ (=0.333…)、π、22/7、√2 · √2

解答

逐一化簡:√9 = 3(有理)、√8 = 2√2(無理)、0.333… = 1/3(有理)、π(無理)、22/7(有理,分數)、√2·√2 = 2(有理)。

無理數:√8 與 π

提醒:22/7 只是 π 的近似值,它本身是有理數;帶根號未必無理(√9=3)。

1-2無理數的論證進階

已知 √2 是無理數。請說明 √2 + 1 也是無理數。

解答

用反證法。假設 √2 + 1 是有理數,設它等於 r(有理數)。

則 √2 = r − 1。有理數減有理數仍是有理數,所以 √2 會是有理數。

這與「√2 是無理數」矛盾,故假設錯誤。√2 + 1 為無理數

關鍵:有理數對加減乘除封閉,「有理 ± 無理 = 無理」。

群組 2 · 絕對值 = 距離
2-1絕對值計算基礎

求下列各值(√5 ≈ 2.236):

|−7|、|3 − 8|、|5 − 5|、|2 − √5|

解答

|−7| = 7;|3 − 8| = |−5| = 5;|5 − 5| = 0。

|2 − √5|:因為 √5 ≈ 2.236 > 2,括號內為負,取相反數 → √5 − 2。

7、5、0、√5 − 2

2-2數線距離與中點基礎

數線上 A 點座標 −2,B 點座標 6。求 A、B 兩點的距離與中點座標。

解答

距離 = |6 − (−2)| = |8| = 8。

中點 = (−2 + 6) / 2 = 2。

距離 8,中點座標 2

2-3絕對值方程進階

解方程式 |2x − 3| = 5。

解答

「到某數距離 = 5」表示括號內等於 +5 或 −5:

2x − 3 = 5 → 2x = 8 → x = 4;或 2x − 3 = −5 → 2x = −2 → x = −1。

x = 4 或 x = −1

2-4距離和的最小值進階

求 |x − 1| + |x − 5| 的最小值,並說明 x 在什麼範圍時達到。

解答

把式子讀成:x 到 1 的距離 + x 到 5 的距離。

當 x 落在 1 與 5 之間(含端點)時,兩段距離相加剛好等於 1 到 5 的距離 4;x 跑到區間外則更大。

最小值 4,發生在 1 ≤ x ≤ 5

2-5距離差的範圍挑戰

求 f(x) = |x − 2| − |x + 1| 的最大值與最小值。

解答

以分界點 −1、2 分三段討論:

① x ≥ 2:(x−2) − (x+1) = −3(定值)。

② −1 ≤ x < 2:(2−x) − (x+1) = 1 − 2x,從 x=−1 的 3 遞減到 x=2 的 −3。

③ x < −1:(2−x) − [−(x+1)] = (2−x) + (x+1) = 3(定值)。

綜合三段,函數值恰好在 −3 到 3 之間變動。最大值 3,最小值 −3

直覺:距離差最多就是兩定點的距離 |2 − (−1)| = 3,故值域為 [−3, 3]。

群組 3 · 絕對值不等式 → 區間
3-1內側區間基礎

解不等式 |x − 2| < 3,並用區間表示。

解答

「x 到 2 的距離小於 3」→ 從 2 往左右各走 3。

2 − 3 < x < 2 + 3 → −1 < x < 5。

−1 < x < 5,即 (−1, 5)

3-2含等號基礎

解 |x + 1| ≤ 4。

解答

|x + 1| = |x − (−1)|,即 x 到 −1 的距離 ≤ 4。

−1 − 4 ≤ x ≤ −1 + 4 → −5 ≤ x ≤ 3。

−5 ≤ x ≤ 3,即 [−5, 3]

3-3外側兩段進階

解 |x − 1| > 2。

解答

「距離大於 2」→ x 跑到 1 的兩側,分成兩段:

x − 1 > 2 → x > 3;或 x − 1 < −2 → x < −1。

x < −1 或 x > 3,即 (−∞, −1) ∪ (3, ∞)

3-4雙邊夾擊挑戰

解 1 < |x − 3| ≤ 4。

解答

拆成兩個條件,再取交集(x 到 3 的距離同時 >1 且 ≤4)。

|x − 3| ≤ 4 → −1 ≤ x ≤ 7。

|x − 3| > 1 → x > 4 或 x < 2。

取交集:[−1, 7] 與「x<2 或 x>4」相交 → [−1, 2) ∪ (4, 7]。

−1 ≤ x < 2 或 4 < x ≤ 7

端點:距離=4 保留(≤),距離=1 排除(嚴格>),所以 −1、7 是實心,2、4 是空心。

群組 4 · 根式與指數律
4-1指數律化簡基礎

計算(答成整數):

2³ · 2⁴、(3²)³、(2 · 5)²、2⁵ ÷ 2²

解答

同底相乘指數相加:2³·2⁴ = 2⁷ = 128。

次方再次方相乘:(3²)³ = 3⁶ = 729。

乘積各自次方:(2·5)² = 2²·5² = 4·25 = 100。

同底相除指數相減:2⁵ ÷ 2² = 2³ = 8。

128、729、100、8

4-2分數指數求值基礎

求值:8^(1/3)、16^(3/4)、27^(2/3)、4^(−1/2)。

解答

8^(1/3) = ³√8 = 2。

16^(3/4) = (⁴√16)³ = 2³ = 8。

27^(2/3) = (³√27)² = 3² = 9。

4^(−1/2) = 1 / 4^(1/2) = 1/2。

2、8、9、1/2

4-3根式化簡進階

化簡 √50 − √18 + √8。

解答

各自提出完全平方因數:√50 = 5√2、√18 = 3√2、√8 = 2√2。

5√2 − 3√2 + 2√2 = (5 − 3 + 2)√2 = 4√2。

4√2

4-4分母有理化進階

化簡 1 / (√3 − 1),使分母不含根號。

解答

分子分母同乘共軛 (√3 + 1):

= (√3 + 1) / [(√3 − 1)(√3 + 1)] = (√3 + 1) / (3 − 1) = (√3 + 1) / 2。

(√3 + 1) / 2

4-5指數方程進階

解下列方程式:2^x = 32、3^x = 1/9、4^x = 8。

解答

化成同底再比較指數。

2^x = 32 = 2⁵ → x = 5。

3^x = 1/9 = 3^(−2) → x = −2。

4^x = 8 → (2²)^x = 2³ → 2x = 3 → x = 3/2。

x = 5、x = −2、x = 3/2

4-6巢狀根式挑戰

化簡 √(3 + 2√2)(化成 √a + √b 的形式)。

解答

設 √(3 + 2√2) = √a + √b。兩邊平方:a + b + 2√(ab) = 3 + 2√2。

比對:a + b = 3、ab = 2。→ a、b 是 t² − 3t + 2 = 0 的兩根 → t = 1, 2。

故 = √2 + √1 = √2 + 1。驗算:(√2 + 1)² = 2 + 2√2 + 1 = 3 + 2√2 ✓。

√2 + 1

4-7指數律綜合挑戰

設 a, b > 0,化簡 (a^(1/2) · b^(−1/3))⁶ ÷ (a · b)²。

解答

分子:(a^(1/2)·b^(−1/3))⁶ = a^(6·1/2) · b^(6·(−1/3)) = a³ · b^(−2)。

分母:(a·b)² = a² · b²。

相除,指數相減:a^(3−2) · b^(−2−2) = a¹ · b^(−4) = a / b⁴。

a / b⁴