113數A

此次考題,多數認為較前兩年題目容易,其實個人覺得此次考題有幾題若要完整寫下解答並不容易。成績公佈後,雖然頂標、前標都比前兩年提升;不過若觀察級矩,會發現今年級矩低於去年。也就是說以成績在前 $1\%$ 的考生來比較,今年的成績是低於去年的。若再從達到頂標、前標的人數來看,今年也都比前兩年少。會有這種現象發生,個人認為是今年有少見的兩題得分率低於 $10\%$ 的題目出現(第16,17題),壓縮可得分的題目,再加上其他的難題不多,以致於高分組的同學成績分配較集中。這樣的結果,雖然造成大家關心的頂標、前標成績較漂亮,但從評量的角度來看是否妥善,值得深思與商榷。 另外想提及的是,本次考題有相當多比例題目要用到不等式的概念,大部分學生在這方面處理的能力稍顯薄弱。另外有好幾題要處理兩道關卡,而首先面對的是大部分考生不熟悉的概念,之後才評量較熟悉的內容。這樣的題目往往影響到該題主要評量重點的表現,對於中等程度(用功但數學能力不強)的考生較不利,建議還是不要太多。

單選題:

此次單選部分,按照大考中心的難易度分類,易的題目(答對率$60\%$以上)有1題(第1題,答對率高達$89\%$);中易的題目(答對率$60\sim45\%$)有1題(第2題);中難的題目(答對率$45\sim30\%$)有4題(第3,4,5,6題)。與過去比較是少見的單選比多選難。

113數A第2題

關於本題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:
P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
57 90 19 94 81 63 37 11 71 13 18 26 26

拿這一題出來討論,因為它有單選題少見的高鑑別度 $71\%$。再仔細看一下前 $33\%$所在的高分組(Ph)答對率為$90\%$,但後$33\%$的低分組(Pl)答對率就僅有$19\%$了。老師在教導低分組的學生們,看到這個結果,應該很有感觸,知道要加強哪些東西了吧!

此題坐標化後處理,應該是最基本、簡單的處理方法了。不喜外積的學生,若知道與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}\times \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AG}$ 平行的向量就是與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 垂直且與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AG}$ 垂直的向量,也可輕易用內積處理本題。比較嚴重的可能是數B來跨考的學生,沒有空間坐標向量的概念,也不知道什麼是外積,對這一題可能就一籌莫展了。

108課綱數B課程,在空間概念這一部分,強調用長方體、立方體來理解。我們也試著在此題不用坐標,能否判斷哪一個選項是正確的。不過有些對角線很難直觀看出是否垂直,我們可以將一個向量拆解成兩個較容易判斷的向量來處理。當然了,這裡有一個重要的觀念學生要了解,也就是若向量 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 和向量 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}$、$\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$ 都垂直則 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 也會和 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$ 垂直;反之,若 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 和 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}$ 垂直但和 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$ 不垂直,則 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 就不會和 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$ 垂直。

首先我們看選項中哪些向量和 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 垂直。我們可先看正方形 $AODE$ 這個平面比較容易,可以看出選項中 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AE},\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{DE},\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$ 僅有 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$ 與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 垂直(正方形兩對角線)。而 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{BE}=\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{BA}+ \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AE}$,又 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{BA}$ 與正方形 $OAED$ 上所有向量皆垂直,故與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 垂直;但已知 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AE}$ 與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 不垂直,故由前述性質知 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{BE}$ 與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 不垂直。另一方面 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CE}=\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CO}+ \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$,而 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CO}, \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$ 皆與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 垂直,故 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CE}$ 與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 垂直。我們僅剩下要檢查 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CE}$, $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$ 何者與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AG}$ 垂直。

由於 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AG}= \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}+\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{DG}$,而前面已知 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{AD}$ 皆與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CE}$, $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$ 垂直,所以我們僅剩下檢查 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{CE}$, $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$ 何者與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{DG}=\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OC}$ 垂直。然而前面已知 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OC}$ 與平面 $AODE$ 上所有向量皆垂直,所以 $\triangle EOC$ 是一直角三角形,其中 $\overline{OC}$、$\overline{OE}$ 為兩股,而 $\overline{CE}$ 為斜邊,故知答案為 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{OE}$。

113數A第3題

除了超難的最後兩題選填題(答對率低於$10\%$)外,本題竟然是答對率最低的。前 $33\%$ 的高分組答對率有 $64\%$ 但後 $33\%$ 的低分組答對率竟只有 $7\%$。再細分,看前 $20\%$ 的最高分群 Pa 答對率 $76\%$,而次高分群 Pb 答對率卻僅剩 $42\%$。沒想到學生對於不等式學習上落差竟然這麼大。關於本題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:
P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
31 64 7 76 42 20 10 5 57 34 22 10 5

真的很難想象為何答對率這麼低,本題並不是抽象的題目,代入 $a$ 可能的六個值檢查應該沒有難度。原本以為考生沒注意到最高次項係數為 $a$ 而以最高次項係數為 $1$ 來作答。不過從考生做答的選項分析來看,誤答 $4$ 個的並不多,反而最多人誤答 $3$ 個。實在令人不解,老師們可好好分析學生的處理方法。

了解三次函數圖形的同學,應該馬上看出若 $a<0$,三根皆為負,故由三次項係數為負得到 $f(0)<0$。而當 $a>0$,反而只有在三根皆為負時可得到 $f(0)>0$,所以只能是 $a=2$。

我們也可純粹用多項式的方法著手。例如利用根於係數的關係,由於 $f(0)$ 就是 $f(x)$ 的常數項 $7a(-7+a)(-7+2a)$,代入 $a$ 的六個可能,也可馬上判斷只有在 $a=2$ 時會大於 $0$。若不知根與係數關係,也可由 $f(x)=a(x-(-7))(x-(-7+a))(x-(-7+2a)$,代入 $x=0$ 得到此結果。不過這些基本的多項式概念在108課綱已經不再提及。個人覺得數學的學習應有其整體性,許多概念的學習,會影響到之後的學習。將一些內容做過多的切割,造成大部分學生僅有片段零碎的概念,之後學習的斷層恐會更加明顯。

113數A第4題

第4題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:
P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
39 60 20 67 49 37 27 16 40 18 12 10 11

此題個人認為是單選題中最難的。雖然整體答對率比前一題高,但應該是較易猜答而提高了整體的答對率。這可以從前 $33\%$ 的高分組答對率 $60\%$ 低於前一題的 $64\%$ 可以看出。甚至前 $20\%$ 的最高分組答對率 Pa 為 $67\%$ 也比前一題的 $76\%$ 低了近 $10\%$。然而低分組的答對率在單選題中除了最易的第一題外,這一題的答對率是最高的。個人推測,應該是一般同學很可能看到有兩個解就直接猜有兩個解,而高分組的同學可能會花一些時間去確定只有兩解。在考試時各種因素影響,很多情況可能感覺對了就直接作答對考生最有利,不過這又和我們數學對於訓練學生嚴密性的要求相左。這在命題上和教學上都不容易。

看到 $\displaystyle\sin(x+\frac{\pi}{6})$ 的圖形是 $\sin x$ 對 $x$ 坐標的平移,而 $\displaystyle \sin x+\sin\frac{\pi}{6}$ 是對 $y$ 坐標的平移,會讓人很想用圖形來處理。不過此題若真僅能用圖形來處理,個人覺得是超綱的。出題者應該也想避免這樣的疑慮,所以以解方程式的方式呈現,而不是問圖形交點個數。老師在講解此題時,千萬不要只是很精準地畫了正弦函數圖形,然後平移讓學生看到有兩個交點,就交代完畢。因為這對學生在考試時處理類似問題毫無幫助,況且數學就是要訓練學生有嚴密完整的論述。畫圖可以當做讓學生了解的輔助工具,但不能拿它來說明一切。

讓我們看看如何一步步來了解兩圖形的相交情形,並說明那部分超出課綱範圍。首先 $\displaystyle\sin(x+\frac{\pi}{6})$ 的最大值是 $1$,所以我們可以把 $\displaystyle \sin x+\sin\frac{\pi}{6}=\sin x+\frac{1}{2}$ 大於 $1$(即 $\displaystyle\sin x>\frac{1}{2}$)的部分捨去不看,也就是在區間 $\displaystyle(\frac{\pi}{6},\frac{5\pi}{6})$ 不會有交點。同理由於 $\displaystyle \sin x+\sin\frac{\pi}{6}$ 的最小值是 $\displaystyle \frac{-1}{2}$,我們也把 $\displaystyle \sin (x+\frac{\pi}{6})$ 小於 $\displaystyle \frac{-1}{2}$ 的部分(即 $\displaystyle \frac{7\pi}{6}< x+\frac{\pi}{6}<\frac{11\pi}{6}$)捨去不看,也就是在區間 $\displaystyle(\pi,\frac{5\pi}{3})$ 不會有交點。所以我們僅要探討在 $\displaystyle [0,\frac{\pi}{6}]$, $\displaystyle[\frac{5\pi}{6},\pi]$ 以及 $\displaystyle [\frac{5\pi}{3},2\pi)$ 有幾個交點即可。

當 $\displaystyle x\in[\frac{5\pi}{6},\pi]$,此時 $\displaystyle\sin(x+\frac{\pi}{6})\le 0$,而 $\displaystyle \sin x+\sin\frac{\pi}{6}\ge\frac{1}{2}$,所以它們在這區間依然無交點。接下來我們看 $\displaystyle x\in[0,\frac{\pi}{6}]$ 的情形,此時 $\displaystyle \sin x+\sin\frac{\pi}{6}$ 從 $\displaystyle \frac{1}{2}$ 遞增到 $1$,而 $\displaystyle\sin(x+\frac{\pi}{6})$ 是從 $\displaystyle\frac{1}{2}$ 遞增到 $\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}$,但是我們無從得知在這一段除了在 $x=0$ 有交點外,是否還有其他的交點。因為有可能 $\displaystyle\sin(x+\frac{\pi}{6})$ 一開始遞增的速度比較快,只是後面趨緩了。當然了我們看到正弦函數的圖形應該是從 $0$ 開始較陡峭而後漸漸趨緩,但這是要了解正弦函數的微分才能確定的,所以我認為用圖形來看這一題這個部分是超綱的。另外一個區間也有同樣問題,就不多說了。

我們還是回歸解方程式的看法處理這一題。看到 $\displaystyle\sin(x+\frac{\pi}{6})$ 大都會用和角公式改寫成 $\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}\sin x+\frac{1}{2}\cos x$,所以原方程式可以寫成 $(\sqrt{3}-2)\sin x+\cos x=1$。接下來很自然的想到疊合,不過看來計算有點複雜,估計很多考生卡在這裡。然而出題者很有善意只要求找到解的個數,所以只要知道原式可寫成 $K\sin(x+\theta)=1$,然後估計 $K=\sqrt{(\sqrt{3}-2)^2+1}$ 值即可。若 $K>1$ 則有兩個解;$K=1$ 僅有一解;$K<1$ 則無解。無論如何都不會多於兩個解。若由 $\sin0=0$ 以及 $\displaystyle\sin(-\frac{\pi}{6})=-\sin(\frac{\pi}{6})$,很容易看出次方程式有 $\displaystyle x=0,x=2\pi-\frac{\pi}{6}$ 兩解,也就不必估計 $K$ 值了。相信有較多考生看到這兩個解,以至於拉高答對率。

若知道正餘弦和差化積公式可以很快將原方程式改寫為 $\displaystyle2\cos(x+\frac{\pi}{12})\sin\frac{\pi}{12}=\frac{1}{2}$(即利用 $\displaystyle\sin A-\sin B=2\cos(\frac{A+B}{2})\sin(\frac{A-B}{2})$),所以只要知道 $\displaystyle\sin\frac{\pi}{12}$ 與 $\dfrac{1}{4}$ 的大小關係,就可判斷解的個數。和差化積,很早就被課綱排除在外了。從本題的處理方法來看,是比較快,但差異不是很大,應該不會有什麼爭議。

113數A第5題

本題答對率也不高,比第3題高一些,不過高分組的答對率,兩題幾乎一樣。差別在低分組,本題答對率較高。些微的差距可能與猜答情形有關。 關於本題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
35 65 12 76 44 27 18 9 53 32 17 9 9

個人覺得雖 $3,5$ 兩題皆考兩個概念,但此題難度較高。第3題頭一個概念只是基本的等差數列,而本題一開始要用不等式確認中位數,確定後再評量排列組合,實屬不易。雖然大多數考生可以“猜”出中位數分別為 $25,26$,但程度較好的考生很可能多花時間在確定中位數為何。其實知道中位數後,問有多少分組方式,對大部分學生(排列或組合搞不清楚)已是不容易的,光是評量這一部分(或難一點問中位數為 $24,26$ 的情形)已是不錯的考題,且測驗目標也較明確。

兩組中位數差 $1$ 到底有那些可能,應該是大家較不熟悉的問題,所以這裡只探討這個問題。首先再強調一次,雖然從選項沒有出現加法,可知符合條件的這兩組中位數是唯一的。再用奇、偶來分組,可知中位數分別為 $25,26$。不過這只是應試時爭取時間萬不得已的應變方式,老師在講解時,仍應確實和學生探討為何僅有這一組中位數。也可將此問題推廣到中位數差距大於 $1$ 的情況。或許坊間有一些處理這類中位數問題的聰明方法或公式,不過這裡僅想用簡單不等式的概念處理。

首先我們假設甲組的中位數為 $m$,所以乙組的中位數為 $m+1$。由於甲組有 $12$ 個數字小於 $m$,而乙組有 $12$ 個數字小於 $m+1$,所以甲乙兩組包括 $m$ 共有 $25$ 個數字小於 $m+1$。因此原來 $1$ 到 $50$ 這 $50$ 個數字中的比較小的前 $25$ 個數字必都小於 $m+1$(這裡的邏輯學生務必要清楚),故得 $m+1>25$(即 $m>24$)。同樣的,甲組有 $12$ 個數字大於 $m$,而乙組有 $12$ 個數字大於 $m+1$,所以甲乙兩組包括 $m+1$ 共有 $25$ 個數字大於 $m$。因此原來 $1$ 到 $50$ 這 $50$ 個數字中的比較大的後 $25$ 個數字必都大於 $m$,故得 $26>m$。得證 $m=25$。

學生了解了這個看法,也可以嘗試處理中位數差距為 $2$ 的情況。同樣的設甲組的中位數為 $m$,乙組的中位數為 $m+2$。此時由 $m+2>25$ 得 $m>23$。再由 $26>m$,得知應該有 $m=24$ 或 $m=25$ 兩種情況。在甲組為奇數、乙組為偶數這種情況,將甲組的 $25$ 與乙組的 $24$ 交換就可得甲組中位數為 $24$、乙組中位數為 $26$ 的情況,所以 $m=25$ 是可能的。同理在用奇數、偶數分組的情況下,將乙組的 $26$ 與甲組的 $27$ 交換就可得甲組中位數為 $25$、乙組中位數為 $27$,也就是說 $m=25$ 也是可能的。切記,前面用不等式算出 $m$ 可能的範圍,並不表示這樣的 $m$ 一定成立,一定要找到例子確認才行。

多選題:

此次多選部分,比起單選題應是較平易近人。題目大都很直接,學生應都大致知道處理的方向,較不會有不知所措的感覺。按照大考中心的難易度分類,易的題目有1題(第8題);中易的題目有2題(第7,10題);中難的題目有3題(第9,11,12題)。由於此次多選題沒有特別觀念上要提醒大家的問題,這裡僅選出在考生作答的選項分析上出現較異常的題目與大家分享,希望老師也能依此特別提醒學生在作答時要注意的事項。

113數A第7題

第7題,當成多選的第一題,表示出題者認為這是多選題中最易的題目。不過考完結果顯示並非如此,本題的得分率為 $47\%$,遠低於第8題的 $66\%$。讓我們先看第7題的得分率,大考中心提供的分組資料如下:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe T D D1 D2 D3 D4
47 64 29 69 56 49 39 23 8 35 13 7 10 16
多選題算的是得分率。P為$47$表示本題全體平均分數為5分的$47\%$,以下依此類推。多選題的統計資料多了一個 T, 它表示此題5個選項全對的考生所佔的比率。令人訝異的是本題僅有 $8\%$,遠低於其他的多選題。最簡單的第8題全對率為 $43\%$,最難的第9,12兩題全對率分別為 $12\%$, $11\%$。為何本題的全對率這麼低呢?這從以下本題的選項分析可以看出端倪。

組別 未答 1 2 3 4 5
T 0 13 78 *83 *87 20
H 0 3 73 98 97 9
L 0 30 73 64 73 36

表中有打 * 的表示是正確的選項。整體考生(T)來看,錯誤的選項(2)被圈選的比率高達 $78\%$。前$33\%$ 的高分組(H)與後 $33\%$ 的低分組(L)同樣都有 $73\%$ 圈選這個選項。這表示高分組的考生並沒有比較厲害,和低分組的有同樣多的人在這個選項吃了虧。換算下來中間的 $33\%$ 的考生,竟然有高達 $88\%$ 圈選此錯誤選項。

數A剛考完後,就在新聞上看到幾位老師提到多選題有陷阱。我想就是指這一題的這個選項,老師們看出這是陷阱題,可惜大多數的考生並未看出。原來的函數定義域在正實數,所以圖形不會通過二、三象限。選項(2)取了平方,定義域變成非零實數,圖形通過二、三象限,所以當然與原來的不同。其實說是陷阱題,對出題者來說並不公平。這樣的說法,好像故意要陷害考生似的。其實前面提過,數學的嚴密性訓練,對學生來說是重要的,或許出題者就是要以此方式評量嚴密性。若從考生的立場,考試這麼緊張,還要注意一些細節好似要求太過了。不過出題者並不是沒有善意,觀察一下選項(3)不就是他們表達善意的方式嗎?考生做答時應該警覺到,一般多選題不會有兩個選項評量同樣概念的情形。所以建議老師多提醒學生處理多選題時,多注意選項間的關係,而不要每個選項都獨立思考。尤其現在很多的多選題,會在前面幾個選項利用簡單的問題引導處理後面較複雜的選項。把握這個原則,應該可以將多選題答得更好。不過話說回來,考試時爭取時間,大部分考生都不會回去看作答過的選項,如果此題將選項(2),(3)交換,所要表達的善意就更能讓人體會了。

113數A第12題

第12題,當成多選的最後一題,表示出題者認為這是多選題中最難的題目。其實線性變換的問題,考生一直以來表現都不好,考完結果也顯示如此,本題的得分率為$36\%$,雖然高於單選題最低的第3題,卻在多選題中與第9題得分率並列最低。讓我們先看大考中心提供第12題得分率的分組資料,再與第3題相比,會發現驚人的現象:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe T D D1 D2 D3 D4
36 51 24 57 42 34 28 22 11 27 15 8 6 6
大家應該發現了,這一題整體得分率雖然比第3題高了$5\%$,但前$33\%$的高分組得分率竟比第3題低了$13\%$。反倒是低分組的得分率多了$17\%$拉高了本題的得分率。若再用更細的5組得分率比較,除了前$20\%$的最高分組得分率比第3題低了近$20\%$外,其餘各組在本題的得分率都優於第3題的得分率。事實上整份卷子中除了得分率特別低的第16,17題外,就只有這一題最高分組的得分率低於$60\%$ 。也就是說高分組的考生這一題在整份卷子的表現相對來是沒有低分組的表現好。為何本題高分組的表現相對來說這麼差呢?我們再從以下本題的選項分析看看有何異常現象。

組別 未答 1 2 3 4 5
T 0 34 *47 31 *80 *57
H 0 17 45 15 87 69
L 1 52 52 46 68 50

正常的情況,錯誤的選項高分組圈選的比例會低於低分組的;而正確的選項高分組的圈選比率會高於低分組的。然而本題正確的選項(2),高分組圈選的比率為 $45\%$低於低分組的$52\%$。當然了,低分組的$52\%$可能猜答的比率很高,不代表低分組的比高分組的懂得處理這個選項。不過高分組的有多於一半的考生錯答這個選項,有點令人不解。

若用代數方法處理這個選項,只要解聯立方程組$\begin{bmatrix} 3 & 0 \\ a & 1 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix}$很容易解得 $x=0$。也就是說只有 $y$軸 上的點會被此線性變換 $T$ 固定不動,也因此$\triangle ABC$的邊上只有$(0,0)$,$(0,1)$兩點固定不動。若用幾何來看,$(1,0),(0,1)$所連線段變換成 $(3,a),(0,1)$所連線段,當然只有 $(0,1)$ 被固定。同理$(-1,0),(0,1)$所連線段變換成 $(-3,-a),(0,1)$所連線段,也沒有其他點被固定。而$(1,0),(-1,0)$所連線段變換成 $(3,a),(-3,-a)$所連線段,若$a\ne 0$,僅有$(0,0)$被固定;而若$a=0$,則此變換將$(0,0)$固定往兩邊伸長,所以也僅固定$(0,0)$這一點。總而言之,比起其他選項,高分組的考生並不難知道此變換會固定$\triangle ABC$的邊上$(0,0)$,$(0,1)$兩點。會不圈選這個選項,或許是被選項敘述所影響。

到底是敘述上哪個部分造成影響,可能得靠大考中心問卷做進一步分析。個人猜測有可能是“至少”這兩個字。因為明明可以確定只有兩點,考生看到“至少”,會不會誤以為意指還有更多?其實出題者用“至少”或許是出於善意,希望考生直接由觀念知道$(0,0)$和$(0,1)$會被固定就可作答,而不必再確認是否還有其他的點被固定。不過高分組的考生觀念上應知,若邊上還有另外一點被固定,則此線性變換會固定所有的點。所以對他們來說這個“至少”二字或許沒有必要。還有其他的老師認為可能是敘述中“$\triangle ABC$的邊上”會讓考生誤以為是“$\triangle ABC$的某個邊上”。這也讓我想到一個問題,因為點$(0,1)$是頂點,會不會有許多考生疑惑頂點到底算不算在邊上?大考中心在談圖形的問題都會強調是否有包含圖形的邊界(例如第17題)。其實若從線段的角度來說兩個端點就是該線段的邊界。所以此題在敘述上若改為“$\triangle ABC$的邊界上”,就不會有前述兩種情況的誤解了。當然了,我們無法得知這個選項答對比率偏低的真正原因,不過題目敘述對考生的影響實在不容忽視。

選填題:

此次選填部分,按照大考中心的難易度分類,易的題目有1題(第13題);中易的題目有1題(第15題);中難的題目有1題(第14題);難的題目有2題(第16,17題)。 難易度分配還算平均,不過有難度的題目,答對率太低(低於 $10\%$)。也就是說,對於大多數的考生整卷只有18個題目可以作答。

113數A第14題

第14題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
38 76 4 84 60 34 12 2 72 24 26 22 10

當初看到這一題有點擔心,因為它評量的是多項式同餘的概念。為什麼這麼說呢?如果題目改為 $f(x)=x+1,g(x)=x-3, h(x)=-2$ 那麼答對率一定高出許多。 然而整數的同餘概念,在課綱老早就不提了,多項式的同餘就更不用說了。老實說,這個概念不難,學生學了容易懂也容易記。 但問題出在課綱未提及這個內容,若老師沒有教這個概念,考生在考試時能推敲出如何處理這個問題,實屬不易,而所花的時間也會與有同餘概念的考生有顯著的差距。 對於程度好的學生,相信老師在課堂上或多或少會提及同餘概念或做類似的練習;不過對於程度較差的學生,可能大部分的老師不會特別論及這個概念。 從考生分組得分率的表現,應該看出我的擔心是合理的。前$33\%$的高分組本題的答對率為$76\%$,而後$33\%$的答對率卻僅有$4\%$,致使本題為整卷鑑別度最高的一題。這和鑑別度也差不多的第2題不同。那一題,外積、平行、坐標化等基本概念老師都有教,只是學生能否學會的問題。然而這題,學生沒學同餘的概念,可能就無從下手。這一點比較像第5題,題目都有兩道關卡,然而第一道關卡評量的較不屬於課綱大家熟悉的範圍,第二關才是評量一般的課程範圍。不過若第一關卡住了,就無從評量到第二關了。這樣的題目自然答對率不會高。不過第5題出題者應該已經設定它是中偏難的問題,然而這題可能沒有預期會有這樣的結果。應該就是錯判了,有很大部分的考生不知道同餘的概念。

其實在談論多項式的除法原理時,適當的補充同餘的概念也可讓學生對於除法原理更加了解。或許這次考完,老師應該都會教同餘的概念了!事實上,108學測數學的第12題,

108學測數學第12題

就明明白白的探討這一個概念了。

113數A第16題

第16題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
8 22 0 32 6 2 1 0 22 26 4 1 1
這題全體考生只有 $8\%$ 的答對率,就連前$20\%$的最高分組答對率也僅有 $32\%$,而次高組(前$21\%\sim40\%$)的答對率更驟降到 $6\%$。題目如同前幾題難題,有兩道關卡。一開始評量的是大家較不熟悉的垂直基底的概念,而後才評量較熟悉的正射影。再加上答案的形式不易猜答,使得本題成為本卷中低分組(後$33\%$的考生)答對率最差的一題,幾乎全軍覆沒。

學測數學近年來都有需用到垂直的概念來解題的題目,不過都需考生從題目的數據來發現這些垂直性質。例如:

110年學測選填G(答對率$21\%$):此題必需由 $A,D$ 分別到 $\overline{BC}$ 的中點距離 $8,4\sqrt{2}$ 以及已知的 $\overline{AD}=4\sqrt{6}$ 判斷出平面 $ABC$ 與平面 $DBC$ 垂直(其實若適當選取坐標,可以更容易看出)。

110學測數學題目G

111學測數A題組題:此題需由小圓的半徑為$\sqrt{3}$,大圓的半徑為$\sqrt{4}$以及掃描棒長度為$1$,看出掃描棒一直都與小圓相切。

112學測數A第17題(答對率$10\%$):此題需由 $L_1,L_2$ 的參數式,看出 $L_1,L_2$ 的方向向量互相垂直,簡化此題所需的計算量。

今年的第16題和前面這幾題一樣,若能觀察出向量 $(2,-3),(3,2)$ 垂直較易作答。其實出題者也很有善意,在題目中將 $(2,-3),(3,2)$ 放在一起,強化看出它們垂直的“視覺效果”。不過由於題目敘述一開始已出現 $(2,-3)$ 以及 $(3,2)$,考生已知這兩個向量為何,可能不會太注意後面將 $(2,-3),(3,2)$ 放在一起的效果。事實上,從題目的敘述來說,如果先提$\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$與$(2,-3),(3,2)$皆夾銳角,讓考生先了解這幾個向量的相關位置,再提$\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$在$(2,-3),(3,2)$的投影,或許得分率還可以再提高一些。

如果沒注意到 $(2,-3),(3,2)$ 垂直,而直接設 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}=(x,y)$ 處理本題,計算之複雜幾乎無法解出此題;不過若將 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 設成 $(2,-3),(3,2)$ 的線性組合 $a(2,-3)+b(3,2)$ 來處理,即使一開始沒有看出 $(2,-3),(3,2)$ 垂直,也會因它們垂直的事實,仍能用內積解出此題。在探討內積的問題,將向量寫成一組互相垂直向量的線性組合(即“正交基底”的概念),是一個很好用的工具。在這裡,我們特別提出這樣的看法,或許老師可以介紹這樣的看法給學生,應該對他們有所幫助。

一般要將平面上的向量寫成兩個不平行向量的線性組合,學生可能覺得很麻煩(要去解聯立方程組)。不過我們可以很輕易的將一個向量寫成$(1,0)$,$(0,1)$的線性組合,不只因為牽涉的聯立方程組很簡單,還有一個看法可以讓我們了解正交基底的好處,就是是用內積。例如將 $(5,7)$ 寫成 $(1,0),(0,1)$ 的線性組合,我們可以設 $(5,3)=a(1,0)+b(0,1)$ 再將 $(5,3)$ 與 $(1,0)$ 內積得到 $a=5$。同理與 $(0,1)$ 內積就可得 $b=3$。這裡用到的只是 $(1,0)\cdot(1,0)=1$, $(0,1)\cdot(0,1)=1$ 以及 $(1,0)\cdot(0,1)=0$ 還有內積的性質。這一題我們就可以用這樣的概念 首先將 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 寫成 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}=\dfrac{1}{\sqrt{13}}(2,-3)$ 與 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}=\dfrac{1}{\sqrt{13}}(3,2)$ 的線性組合,即 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}=a\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+b\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$。注意這裡$\sqrt{13}$ 是 $(3,2),(2,-3)$ 的長度,除掉$\sqrt{13}$ 會使得 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u},\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$ 與 $(1,0),(0,1)$ 有同樣的內積關係,即 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}\cdot \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}=1$, $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}\cdot \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}=1$ 以及 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}\cdot \overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}=0$。利用內積性質,我們可得 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 的長度為 $\sqrt{(a\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+b\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w})\cdot(a\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+b\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w})}=\sqrt{a^2+b^2}$ 且 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 在 $(2,-3)$ 的正射影長為 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}\cdot\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}=(a\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+b\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w})\cdot\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}=a$,以及 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$ 在 $(3,2)$ 的正射影長為 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}\cdot\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}=(a\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+b\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w})\cdot\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}=b$。所以依題意得 $a=\sqrt{a^2+b^2}-1,b=\sqrt{a^2+b^2}-2$,解出 $a=4,b=3$。因此 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}=\dfrac{4}{\sqrt{13}}(2,-3)+\dfrac{3}{\sqrt{13}}(3,2)=\dfrac{1}{\sqrt{13}}(17,-6)$。 接下來將$\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$與$(4,7)$內積得到$2\sqrt{13}$,再除以$(4,7)$的長度$\sqrt{65}$,求得$\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}$在$(4,7)$的正射影長$\dfrac{2\sqrt{5}}{5}$。老師也可以讓學生練習看看將$(4,7)$寫成$\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u},\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$的線性組合,即由 $(4,7)\cdot\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}=(4,7)\cdot\dfrac{1}{\sqrt{13}}(2,-3)=\dfrac{-13}{\sqrt{13}}$以及$(4,7)\cdot\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}=(4,7)\cdot\dfrac{1}{\sqrt{13}}(3,2)=\dfrac{26}{\sqrt{13}}$知$(4,7)=-\sqrt{13}\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+2\sqrt{13}\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$。這樣就可以不必將 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}=4\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{u}+3\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{w}$展開,直接計算 $\overset{\displaystyle{\rightharpoonup}}{v}\cdot(4,7)=4\times(-\sqrt{13})+3\times(2\sqrt{13})=2\sqrt{13}$。

總之,正交基底的概念只是簡單將 $(1,0)$, $(0,1)$ 推廣(不必牽涉基底的變換),就很方便處理內積、投影等概念。而且又能讓學生更加了解內積的性質,不妨介紹學生這樣的看法。

113數A第17題

第17題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
5 8 3 11 4 4 4 2 5 7 0 0 2
剛看到這題真的會讓人心慌。雖然不像111數A的題組題,敘述長又較難馬上理解題意,不過即使題目短但對數學語言表達不是很精熟的大部分考生相信一樣很難掌握題目所要求的區域。答對率低,本是意料中的事,不過從答對率來看,這樣的問題是否適合真的需要審慎評估。另一方面要注意的是,本題即使低分組的考生也都有$3\%$的答對率(不像上一題幾乎掛零),相信這些答對的考生應不是用正確的數學方法答對。原因是,雖然有兩個數字要做答,但分數的情況絕對比二位數來得容易猜答。其實當初還擔心這一題會有反鑑別的情況發生(即高分組作答答對的考生少於低分組猜答答對的考生),雖然這次沒發生,但這種情況真的要儘量避免。

讓我們回到這個題目數學的部分。老實說,我花了相當多時間將題目看了好幾遍。並不是看不懂題目,而是需要反覆閱讀確認沒有將題意弄錯也順便琢磨處理的方向。這個區域$R$的定義確實很難馬上就能判定出哪些點在$R$。我相信對很大多數的考生即使給一個具體的點,例如 $(\dfrac{5}{8},\dfrac{3}{8})$,都有困難判定它是否在 $R$。這讓我想起去年的112學測數B第11題,有一半的考生不會判定一個點是否在圓內(選項(3))。主要造成判斷困難的原因在於,一般學生習慣定義集合的方式是能直接由該點來判定是否符合要求,而本題卻需藉由其他的點(與該點距離為 $|x-y|$ 的點)來判定是否符合要求。簡單來說,若將 $R$ 的定義改成 $P(x,y)$ 到正方形 $OABC$ 四個邊的距離皆大於 $|x-y|$,應該就較易了解這個區域 $R$。不可否認,或許這個轉換也是出題者想要評量的重點,不過若大多數考生都卡在這個地方,後面利用不等式得到 $R$ 的範圍以及求 $R$ 的面積這兩項就都無法評量到了。個人覺得即使評量後面這兩項,對大部分學生都是困難的。特別是,若能善用對稱的概念,更能省去許多不必要的步驟,這都讓我覺得僅評量這兩項就是個很棒的題目了。

了解到 $P(x,y)$ 到正方形 $OABC$ 四個邊的距離都大於 $|x-y|$後,我們就快速的利用對稱的概念處理這個問題。若從對稱的角度來看,可將正方形$OABC$利用兩對角線,劃分成四個區域。我們就拿 $x-y>0$ 且 $x+y>1$ 這個區域來看好了。此時因為 $|x-y|=x-y$ 且 $y>1-x$,我們知道這個區域的點 $P(x,y)$ 與四個邊最近的距離是 $1-x$,所以此時 $P(x,y)$ 在 $R$ 的充要條件是 $1-x>x-y$。 因此推得在此區域 $R$ 中的點 $P(x,y)$ 需滿足 $x-y>0$, $x+y>1$ 以及 $2x-y<1$。也就是以 $(1,1)$, $(\dfrac{1}{2},\dfrac{1}{2})$ 以及 $(\dfrac{2}{3},\dfrac{1}{3})$ 為頂點的直角三角形內部。我們可以直接算面積,或利用 $(\dfrac{2}{3},\dfrac{1}{3})$ 是 $(\dfrac{1}{2},\dfrac{1}{2})$ 與 $(1,0)$ 連線段的三等分點,得到 $R$ 在這部分所佔的比率為 $\dfrac{1}{3}$。最後再依對稱性知 $R$ 佔了整個正方形 $OABC$ 的 $\dfrac{1}{3}$。

題組題:

這次題組題雖然有一題是證明題,但屬於計算證明題而不是推理論證,應該不難。不過考生的表現仍不如預期。另外要再次強調也希望老師們多加宣導的是,手寫題不是填充題,不是答案正確就可得到滿分。例如本卷的第20題佔了8分。並不是求出 $c$ 的範圍以及 $\overline{OP}$ 的最小長度,就可得這8分。很明顯的,出題者希望能見到考生在推導最小長度的過程能有適當的說明。 很可能學生知道在 $c=2-2\sqrt{3}$ 時 $\overline{OP}$ 會有最小值,也算出最小值,但沒有說明為何在 $c=2-2\sqrt{3}$ 時 $\overline{OP}$ 會有最小值,如此很可能因為未完整說明原因,而無法得到滿分8分。競爭激烈的高分組考生,若在此處失分,實在可惜。事實上在網路上,我們也看到許多老師提供的解答在此處也沒有完整說明(僅提及極小值發生處 $c=-2$ 不在 $c$ 的範圍還不夠,能提及凹向上,或在 $c>-2$ 是遞增就好很多)。這個題組,一般來說就是利用內積,和二次函數的不等式處理。在這裡提供一個比較幾何的看法處理,提供大家參考。不妨介紹學生這樣的看法,增加對空間坐標的了解。

113數A第18題

本題和第2題一樣是空間坐標的題目,雖然本題整體答對率比第二題高,不過有趣的是,前$33\%$的高分組甚至前$20\%$的最高分組,在這兩題的答對率是一樣的。反而是低分組的考生在這題的答對率高於第2題的答對率,因而拉高了本題的答對率。 第18題的答對率,大考中心提供的分組資料如下:

P Ph Pl Pa Pb Pc Pd Pe D D1 D2 D3 D4
64 90 35 94 82 66 47 30 55 12 16 19 17

不是很理解本題高分組答對率沒有比第2題高的原因。要注意,一般處理本題很直覺的就是把平面法向量 $(1,0,-1)$ 和 $(1,0,0)$ 內積。其實法向量有兩個方向,與 $(1,0,0)$ 的內積會差個負號,所以還是要確定投影點的位置才不會錯。還好出題者沒有在此題設下陷阱,若平面方程改為 $x-z=-4$ 或許會很多人出錯。

113數A第19題

若用幾何的角度處理這一題,我們知道向量 $(a,b,c)$ 和 $(1,0,0)$ 的夾角 $\theta$ 就是向量 $(a,b,c)$ 與 $x$-軸正向的夾角。由於 $\theta$ 是銳角,我們知道點 $(a,b,c)$ 在 $x$-軸的投影 $a$ 需大於 $0$。又點 $(a,b,c)$ 到 $x$-軸的距離為 $\sqrt{b^2+c^2}$,故由 $\tan\theta=\dfrac{\sqrt{b^2+c^2}}{a}\le\tan\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}$。因此得證 $a\ge\sqrt{3b^2+3c^2}$。

113數A第20題

若用幾何的角度處理這一題,首先由於考慮得點 $(a,b,c)$ 其中 $b=0$,所以我們僅需考慮 $xz$-平面(即 $y=0$)即可。如此一來,我們便可將原本比較複雜的三維空間的問題,簡化到平面來看。依題意,我們要考慮的點$P$就在 $xz$-平面的一、四象限,由直線 $z=-\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$ 和 $z=\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$(斜率介於 $\tan\dfrac{-\pi}{6}$ 和 $\tan\dfrac{\pi}{6}$)所夾的區域。而 $P$ 又在平面 $x-z=4$ 上,此平面與 $xz$-平面的交線方程式在 $xz$-平面就是直線 $x-z=4$,所以我們要考慮的區域就只是 $xz$-平面上直線 $x-z=4$ 分別與 $z=-\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$ 和 $z=\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$ 相交的兩個交點的連線段。解聯立方程組 $x-z=4$, $x=-{\sqrt{3}}z$ 可得 $x-z=4$ 與 $z=-\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$ 交點的 $z$ 坐標為 $\dfrac{-4}{1+\sqrt{3}}=-2(\sqrt{3}-1)$。同理可得,$x-z=4$ 與 $z=\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$ 交點的 $z$ 坐標為 $2(\sqrt{3}+1)$。也因此我們得到 $c$ 的最大範圍為 $2-2\sqrt{3}\le c\le 2+2\sqrt{3}$。最後由於 $x-z=4$ 的斜率大於 $0$,由圖形知此線段以 $x-z=4$ 與 $z=-\dfrac{1}{\sqrt{3}}x$ 的交點距離原點最近,又因為這兩直線夾角為 $\dfrac{\pi}{6}$,故由 $\sin\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{1}{2}$ 以及交點 $z$ 坐標為 $2-2\sqrt{3}$,得此交點與原點距離為 $2(2\sqrt{3}-2)$。

有時利用幾何的看法不止讓我們減少一些計算(例如本題就可避免解二次方程及配方),也能幫助我們理解一些現象發生的原因。例如平面 $y=0$ 與平面 $x-z=4$ 相垂直,所以原點到平面 $x-z=4$ 的投影點 $Q$ 也會在 $xz$-平面上。也因此若考慮 $xz$ 平面,$Q$ 點是直線 $x-z=4$ 上距離原點最近的點。但在第18題,我們已知 $\overline{OQ}$ 與 $x$-軸的夾角為 $\dfrac{\pi}{4}$,不符合題設 $P$ 點的要求,所以 $\overline{OP}$ 的最小值,絕不是 $\overline{OQ}=2\sqrt{2}$。