Edexcel F3 2018 Specimen — Question 3 12 marks

Exam BoardEdexcel
ModuleF3 (Further Pure Mathematics 3)
Year2018
SessionSpecimen
Marks12
PaperDownload PDF ↗
Mark schemeDownload PDF ↗
TopicIntegration using inverse trig and hyperbolic functions
TypeCompleting square then standard inverse trig
DifficultyChallenging +1.2 This is a Further Maths F3 question testing standard techniques for inverse trig and hyperbolic integrals. Part (a) requires completing the square and recognizing arctan form (routine for FM students). Part (b) requires completing the square and recognizing arsinh form with slightly more algebraic manipulation. While the topic is advanced, these are textbook applications of memorized formulas with straightforward algebra, making it moderately above average difficulty but not requiring novel insight.
Spec1.08h Integration by substitution4.08h Integration: inverse trig/hyperbolic substitutions

Without using a calculator, find
  1. \(\int_{-2}^{1} \frac{1}{x^2 + 4x + 13} \, dx\), giving your answer as a multiple of \(\pi\), [5]
  2. \(\int_{-1}^{4} \frac{1}{\sqrt{4x^2 - 12x + 34}} \, dx\), giving your answer in the form \(p \ln\left(q + r\sqrt{2}\right)\), [7]
where \(p\), \(q\) and \(r\) are rational numbers to be found.

Question 3:

AnswerMarks Guidance
3(a)x2 (cid:14)4x(cid:14)13(cid:123)(cid:11)x(cid:14)2(cid:12)2 (cid:14) 9 B1
(cid:179) 1 1 (cid:167) x(cid:14)2(cid:183)
dx(cid:32) arctan
(cid:168) (cid:184)
AnswerMarks Guidance
(cid:11)x(cid:14)2(cid:12)2 (cid:14) 9 3 (cid:169) 3 (cid:185)M1: karctanf(cid:11)x(cid:12). M1 A1
A1: Correct expression
1
(cid:170)1 (cid:167)x(cid:14)2(cid:183)(cid:186) 1
arctan (cid:32) (cid:11)arctan1(cid:16)arctan0(cid:12)
(cid:171) (cid:168) (cid:184)(cid:187)
(cid:172)3 (cid:169) 3 (cid:185)(cid:188) 3
AnswerMarks
(cid:16)2Correct use of limits
arctan0 need not be shownM1
(cid:83)
AnswerMarks Guidance
12cao A1
(5)
Alternative
Sub x(cid:14)2(cid:32)3tant
AnswerMarks
x2 (cid:14)4x(cid:14)13(cid:123)(cid:11)x(cid:14)2(cid:12)2 (cid:14) 9B1
dx (cid:83)
(cid:32)3sec2t x(cid:32)(cid:16)2,tant (cid:32)0, t (cid:32)0; x(cid:32)1,tant (cid:32)1, t (cid:32)
dt 4
(cid:179) 3sec2t 1(cid:179) 1
dt (cid:32) dt (cid:32) t
AnswerMarks
9tan2t(cid:14)9 3 3M1 sub and integrate inc use of
tan2(cid:14)1(cid:32)sec2
A1 Correct expression Ignore
AnswerMarks
limitsM1 A1
(cid:83)
(cid:170)(cid:83)(cid:186)4
.
(cid:171) (cid:187)
(cid:172)12(cid:188)
AnswerMarks
0Either change limits and
substitute
Or reverse substitution and
AnswerMarks
substitute original imitsM1
(cid:83)
AnswerMarks Guidance
12cao A1
(5)
AnswerMarks Guidance
QuestionScheme Marks

AnswerMarks
3(b)2
(cid:167) 3(cid:183)
4x2 (cid:16)12x(cid:14)34(cid:32)4 x(cid:16) (cid:14)25
(cid:168) (cid:184)
(cid:169) 2(cid:185)
(cid:11)2x(cid:16)3(cid:12)2
AnswerMarks Guidance
or (cid:14)25M1: 4(cid:11)x(cid:114) p(cid:12)2 (cid:114)q, (cid:11)p,q(cid:122)0(cid:12) M1 A1
2
(cid:167) 3(cid:183)
A1: 4 x(cid:16) (cid:14)25
(cid:168) (cid:184)
(cid:169) 2(cid:185)
(cid:179) 1 1(cid:179) 1 1 (cid:167) x(cid:16) 3 (cid:183)
dx(cid:32) dx (cid:32) arsinh(cid:168) 2 (cid:184)
4(cid:11)x(cid:16) 3(cid:12)2 (cid:14) 25 2 (cid:11)x(cid:16) 3(cid:12)2 (cid:14) 25 2 (cid:169) 5 2 (cid:185)
2 2 4
AnswerMarks
M1: karsinh f(cid:11)x(cid:12). A1: Correct expressionM1 A1
4
(cid:170)1 (cid:167) x(cid:16)3 (cid:183)(cid:186) 1
(cid:171) arsinh(cid:168) 2 (cid:184)(cid:187) (cid:32) (cid:11) arsinh(cid:11)1(cid:12)(cid:16)arsinh(cid:11)(cid:16)1(cid:12)(cid:12)
2 5 2
AnswerMarks Guidance
(cid:172) (cid:169) 2 (cid:185)(cid:188) (cid:16)1Correct use of limits M1
1(cid:11) (cid:11) (cid:12) (cid:11) (cid:12)(cid:12)
(cid:32) ln 1(cid:14) 2 (cid:16)ln (cid:16)1(cid:14) 2
AnswerMarks
2Uses the logarithmic
form of arsinhM1
1 (cid:11) (cid:12) (cid:11) (cid:12)
(cid:32) ln 3(cid:14)2 2 or ln 1(cid:14) 2
AnswerMarks Guidance
2cao A1
(7)
Alternative: Second M1 A1
Sub 2x(cid:16)3(cid:32)u or 2x(cid:16)3(cid:32)5sinhu
5
arsinh1 1 (cid:170)1 (cid:167)u(cid:183)(cid:186)
(cid:179) 5coshudu (cid:32) arsinh
(cid:171) (cid:168) (cid:184)(cid:187)
arsinh(cid:16)1 25sinh2u(cid:14)25 (cid:172)2 (cid:169)5(cid:185)(cid:188)
AnswerMarks
(cid:16)5M1 A1
5
5 1 (cid:170)1 (cid:167)u(cid:183)(cid:186)
(cid:179) du (cid:32) arsinh
(cid:171) (cid:168) (cid:184)(cid:187)
(cid:16)52 u2 (cid:14)25 (cid:172)2 (cid:169)5(cid:185)(cid:188)
(cid:16)5
(12 marks)
AnswerMarks Guidance
QuestionScheme Marks
Question 3:
--- 3(a) ---
3(a) | x2 (cid:14)4x(cid:14)13(cid:123)(cid:11)x(cid:14)2(cid:12)2 (cid:14) 9 | B1
(cid:179) 1 1 (cid:167) x(cid:14)2(cid:183)
dx(cid:32) arctan
(cid:168) (cid:184)
(cid:11)x(cid:14)2(cid:12)2 (cid:14) 9 3 (cid:169) 3 (cid:185) | M1: karctanf(cid:11)x(cid:12). | M1 A1
A1: Correct expression
1
(cid:170)1 (cid:167)x(cid:14)2(cid:183)(cid:186) 1
arctan (cid:32) (cid:11)arctan1(cid:16)arctan0(cid:12)
(cid:171) (cid:168) (cid:184)(cid:187)
(cid:172)3 (cid:169) 3 (cid:185)(cid:188) 3
(cid:16)2 | Correct use of limits
arctan0 need not be shown | M1
(cid:83)
12 | cao | A1
(5)
Alternative
Sub x(cid:14)2(cid:32)3tant
x2 (cid:14)4x(cid:14)13(cid:123)(cid:11)x(cid:14)2(cid:12)2 (cid:14) 9 | B1
dx (cid:83)
(cid:32)3sec2t x(cid:32)(cid:16)2,tant (cid:32)0, t (cid:32)0; x(cid:32)1,tant (cid:32)1, t (cid:32)
dt 4
(cid:179) 3sec2t 1(cid:179) 1
dt (cid:32) dt (cid:32) t
9tan2t(cid:14)9 3 3 | M1 sub and integrate inc use of
tan2(cid:14)1(cid:32)sec2
A1 Correct expression Ignore
limits | M1 A1
(cid:83)
(cid:170)(cid:83)(cid:186)4
.
(cid:171) (cid:187)
(cid:172)12(cid:188)
0 | Either change limits and
substitute
Or reverse substitution and
substitute original imits | M1
(cid:83)
12 | cao | A1
(5)
Question | Scheme | Marks
--- 3(b) ---
3(b) | 2
(cid:167) 3(cid:183)
4x2 (cid:16)12x(cid:14)34(cid:32)4 x(cid:16) (cid:14)25
(cid:168) (cid:184)
(cid:169) 2(cid:185)
(cid:11)2x(cid:16)3(cid:12)2
or (cid:14)25 | M1: 4(cid:11)x(cid:114) p(cid:12)2 (cid:114)q, (cid:11)p,q(cid:122)0(cid:12) | M1 A1
2
(cid:167) 3(cid:183)
A1: 4 x(cid:16) (cid:14)25
(cid:168) (cid:184)
(cid:169) 2(cid:185)
(cid:179) 1 1(cid:179) 1 1 (cid:167) x(cid:16) 3 (cid:183)
dx(cid:32) dx (cid:32) arsinh(cid:168) 2 (cid:184)
4(cid:11)x(cid:16) 3(cid:12)2 (cid:14) 25 2 (cid:11)x(cid:16) 3(cid:12)2 (cid:14) 25 2 (cid:169) 5 2 (cid:185)
2 2 4
M1: karsinh f(cid:11)x(cid:12). A1: Correct expression | M1 A1
4
(cid:170)1 (cid:167) x(cid:16)3 (cid:183)(cid:186) 1
(cid:171) arsinh(cid:168) 2 (cid:184)(cid:187) (cid:32) (cid:11) arsinh(cid:11)1(cid:12)(cid:16)arsinh(cid:11)(cid:16)1(cid:12)(cid:12)
2 5 2
(cid:172) (cid:169) 2 (cid:185)(cid:188) (cid:16)1 | Correct use of limits | M1
1(cid:11) (cid:11) (cid:12) (cid:11) (cid:12)(cid:12)
(cid:32) ln 1(cid:14) 2 (cid:16)ln (cid:16)1(cid:14) 2
2 | Uses the logarithmic
form of arsinh | M1
1 (cid:11) (cid:12) (cid:11) (cid:12)
(cid:32) ln 3(cid:14)2 2 or ln 1(cid:14) 2
2 | cao | A1
(7)
Alternative: Second M1 A1
Sub 2x(cid:16)3(cid:32)u or 2x(cid:16)3(cid:32)5sinhu
5
arsinh1 1 (cid:170)1 (cid:167)u(cid:183)(cid:186)
(cid:179) 5coshudu (cid:32) arsinh
(cid:171) (cid:168) (cid:184)(cid:187)
arsinh(cid:16)1 25sinh2u(cid:14)25 (cid:172)2 (cid:169)5(cid:185)(cid:188)
(cid:16)5 | M1 A1
5
5 1 (cid:170)1 (cid:167)u(cid:183)(cid:186)
(cid:179) du (cid:32) arsinh
(cid:171) (cid:168) (cid:184)(cid:187)
(cid:16)52 u2 (cid:14)25 (cid:172)2 (cid:169)5(cid:185)(cid:188)
(cid:16)5
(12 marks)
Question | Scheme | Marks
Without using a calculator, find

\begin{enumerate}[label=(\alph*)]
\item $\int_{-2}^{1} \frac{1}{x^2 + 4x + 13} \, dx$, giving your answer as a multiple of $\pi$,
[5]

\item $\int_{-1}^{4} \frac{1}{\sqrt{4x^2 - 12x + 34}} \, dx$, giving your answer in the form $p \ln\left(q + r\sqrt{2}\right)$,
[7]
\end{enumerate}

where $p$, $q$ and $r$ are rational numbers to be found.

\hfill \mbox{\textit{Edexcel F3 2018 Q3 [12]}}