| Abbreviations used in the mark scheme | Meaning |
| dep* | Mark dependent on a previous mark, indicated by *. The * may be omitted if only one previous M mark |
| cao | Correct answer only |
| ое | Or equivalent |
| rot | Rounded or truncated |
| soi | Seen or implied |
| www | Without wrong working |
| AG | Answer given |
| awrt | Anything which rounds to |
| BC | By Calculator |
| DR | This question included the instruction: In this question you must show detailed reasoning. |
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | |||||||||||||||||||||
| 1 | (a) | \(\begin{aligned} | 15000 \times 6 = \frac { 1 } { 2 } \times 800 v ^ { 2 } | ||||||||||||||||||||||
| v = \sqrt { 225 } = 15 \mathrm {~m} \mathrm {~s} ^ { - 1 } \end{aligned}\) |
|
| Finding energy input using \(W = P t\) and equating to KE gained | \(\begin{aligned} | \text { Or } \frac { 15000 } { v } = 800 \frac { \mathrm {~d} v } { \mathrm {~d} t } | ||||||||||||||||||||
| \Rightarrow \frac { 75 } { 2 } \int _ { 0 } ^ { 6 } \mathrm {~d} t = \int _ { 0 } ^ { v } 2 v \mathrm {~d} v \text { oe } \end{aligned}\) | |||||||||||||||||||||||||
| 1 | (b) | Considering forces along the road: \(800 g \sin \theta + 150 = D\) \(15000 = D v\) \(v = \frac { 15000 } { 800 g \times \frac { 1 } { 20 } + 150 } = \text { awrt } 27.7 \mathrm {~m} \mathrm {~s} ^ { - 1 }\) |
|
|
|
| |||||||||||||||||||
| 1 | (c) |
|
|
|
| ||||||||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | ||
| \multirow[t]{5}{*}{2} | \multirow[t]{5}{*}{(a)} | \(\frac { 1 } { 2 } m \times 3.5 ^ { 2 } = \frac { 1 } { 2 } m v ^ { 2 } + m g \times 0.8 \left( 1 - \cos \frac { 1 } { 3 } \pi \right)\) | M1 | 3.1b | Conservation of energy (could be general angle for RHS) | |
| \(v ^ { 2 } = 3.5 ^ { 2 } - 0.8 g = 4.41\) | A1 | 1.1 | Or \(v = 2.1\) | |||
| \(T - 1.2 g \cos \frac { 1 } { 3 } \pi = \frac { 1.2 v ^ { 2 } } { 0.8 }\) | M1 | 3.1b | Resolving weight and use of NII with correct centripetal acceleration | |||
| So tension when string breaks is awrt 12.5 N | A1 | 3.2a | ||||
| [4] | ||||||
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | ||||||||||||||||||||||||||||||
| \multirow[t]{3}{*}{2} | \multirow[t]{3}{*}{(b)} |
|
|
|
| \(\begin{aligned} | \frac { \sqrt { 331 } + 3 \sqrt { 3 } } { 28 } | |||||||||||||||||||||||||||
| \frac { 3 \sqrt { 331 } + 9 \sqrt { 3 } } { 80 } \end{aligned}\) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| \(\frac { 3 \sqrt { 331 } + 9 \sqrt { 3 } } { 80 }\) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| [7] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | ||||||||||||
| 3 | (a) | \(\begin{aligned} | { [ F ] = [ m a ] = \mathrm { MLT } ^ { - 2 } } | |||||||||||||
| { [ P ] = \frac { [ F ] } { [ A ] } = \mathrm { MLT } ^ { - 2 } \mathrm {~L} ^ { - 2 } = \mathrm { ML } ^ { - 1 } \mathrm {~T} ^ { - 2 } } | ||||||||||||||||
| { [ R ] = [ F ] [ d ] } | ||||||||||||||||
| { [ R ] = \mathrm { MLT } ^ { - 2 } \mathrm {~L} = \mathrm { ML } ^ { 2 } \mathrm {~T} ^ { - 2 } } \end{aligned}\) |
|
| Determining dimensions of energy | |||||||||||||
| 3 | (b) | \(\begin{aligned} | \left( \mathrm { ML } ^ { - 1 } \mathrm {~T} ^ { - 2 } \right) ^ { \alpha } \mathrm { L } ^ { 3 \beta } = \mathrm { ML } ^ { 2 } \mathrm {~T} ^ { - 2 } | |||||||||||||
| \mathrm { M } ^ { \alpha } = \mathrm { M } \Rightarrow \alpha = 1 | ||||||||||||||||
| \mathrm {~L} : - \alpha + 3 \beta = 2 \Rightarrow \beta = 1 \text { (AGG) } \end{aligned}\) |
|
| Using their dimensions or similarly with T | \(n\) and \(\theta\) dimensionless | ||||||||||||
| 3 | (c) | \(\begin{aligned} | P = \frac { 5 \times 8.31 \times 300 } { 0.03 } | |||||||||||||
| 415500 \mathrm { Nm } ^ { - 2 } \end{aligned}\) |
|
| Correctly substituting values | With their \(\alpha\) and \(\beta\) | ||||||||||||
| 3 | (d) | \(\begin{aligned} | { [ b ] = \mathrm { L } ^ { 3 } } | |||||||||||||
| { [ a ] = \mathrm { ML } ^ { - 1 } \mathrm {~T} ^ { - 2 } \left( \mathrm {~L} ^ { 3 } \right) ^ { 2 } } | ||||||||||||||||
| { [ a ] = \mathrm { ML } ^ { 5 } \mathrm {~T} ^ { - 2 } } \end{aligned}\) |
|
| Using equality of \(\left[ a / V ^ { 2 } \right]\) and \([ P ]\) | With \(n\) dimensionless | ||||||||||||
| 3 | (e) |
|
|
| Correctly substituting values | With their \(\alpha\) and \(\beta\) | ||||||||||
| 3 | (f) |
|
|
| Ignore units | OR from \(V - n b < 0\), so since \(R , \theta , n\) and \(V\) are all positive \(P < 0\) | ||||||||||
| Abbreviations used in the mark scheme | Meaning |
| dep* | Mark dependent on a previous mark, indicated by *. The * may be omitted if only one previous M mark |
| cao | Correct answer only |
| ое | Or equivalent |
| rot | Rounded or truncated |
| soi | Seen or implied |
| www | Without wrong working |
| AG | Answer given |
| awrt | Anything which rounds to |
| BC | By Calculator |
| DR | This question included the instruction: In this question you must show detailed reasoning. |
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | ||||||||||||||||||||||||||
| 1 | (a) | \(\begin{aligned} | \mathrm { KE } = \frac { 1 } { 2 } \times 2 \times \binom { - 19.5 } { - 60 } \cdot \binom { - 19.5 } { - 60 } = 19.5 ^ { 2 } + 60 ^ { 2 } | |||||||||||||||||||||||||||
| \text { awrt } 3980 \mathrm {~J} \end{aligned}\) | M1 \(\begin{aligned} | \text { A1 } | ||||||||||||||||||||||||||||
| { [ 2 ] } | ||||||||||||||||||||||||||||||
| \end{aligned}\) |
| Using KE \(= \frac { 1 } { 2 } m \mathbf { v } . \mathbf { v }\) or \(\frac { 1 } { 2 } m v ^ { 2 }\) and attempting to find dot product or magnitude | ||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | (b) |
|
|
|
| Must be reasonable attempt at integration | ||||||||||||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | ||||
| \multirow[t]{7}{*}{2} | M1 | 1.1 | Conservation of momentum | \multirow{3}{*}{} | ||||
| A1 | 1.1 | Both | ||||||
| M1 | 1.1 | Conservation of momentum | |||||
| \multirow{4}{*}{} | \(V _ { B } = \frac { u ( 3 - 5 e ) } { 2 }\) | A1 | 1.1 | Correct \(V _ { B }\) | \(V _ { C } = \frac { 3 u ( 1 + e ) } { 2 }\), but this need not be stated; ignore any wrong value seen, provided not used further | |||
| \(e \leq 1 \Rightarrow V _ { B } \geq \frac { u ( 3 - 5 ) } { 2 } = - u\) | M1 | 2.1 | oe; eg stating that the greatest leftwards speed of \(B\) occurs when \(e = 1\) and evaluating this | Or could see eg assumption \(V _ { B } < v _ { A }\) leading to \(e > 1\) stated as a contradiction | ||||
| So \(A\) and \(B\) are both travelling in the negative direction, but \(\left| v _ { A } \right| \geq \left| v _ { B } \right|\) hence \(B\) and \(A\) do not collide again, ie there are only two collisions (AG) | E1 | 2.2a | Conclusion correctly drawn | Allow statement such as ' \(B\) is not catching up with \(A\) ' in place of a formal inequality, provided correct working is seen | ||||
| [8] | ||||||||
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | |||||||||||||||
| 3 | (a) | \(\begin{aligned} | F = k \sqrt { 9 + 1.25 ^ { 2 } } = 13 | ||||||||||||||||
| k = 4 | |||||||||||||||||||
| 4 \sqrt { 9 + v ^ { 2 } } = 8 \frac { \mathrm {~d} v } { \mathrm {~d} t } \Rightarrow \frac { 1 } { \sqrt { 9 + v ^ { 2 } } } \frac { \mathrm {~d} v } { \mathrm {~d} t } = \frac { 1 } { 2 } \quad ( \mathbf { A G } ) \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||||||
| 3 | (b) | \(\begin{aligned} | \int \frac { 1 } { \sqrt { 9 + v ^ { 2 } } } \mathrm {~d} v = \frac { 1 } { 2 } t + c | ||||||||||||||||
| \sinh ^ { - 1 } \left( \frac { v } { 3 } \right) = \frac { 1 } { 2 } t + c | |||||||||||||||||||
| c = 0 | |||||||||||||||||||
| v = 3 \sinh \left( \frac { 1 } { 2 } t \right) \end{aligned}\) |
|
|
|
| |||||||||||||||
| 3 | (c) | \(\begin{aligned} | \frac { \mathrm { d } x } { \mathrm {~d} t } = 3 \sinh \left( \frac { 1 } { 2 } t \right) \Rightarrow x = C + 6 \cosh \left( \frac { 1 } { 2 } t \right) | ||||||||||||||||
| t = 0 , x = 0 \Rightarrow C = - 6 \Rightarrow x = 6 \left( \cosh \left( \frac { 1 } { 2 } t \right) - 1 \right) \text { oe } \end{aligned}\) |
|
| Replacing \(v\) with \(\frac { \mathrm { d } x } { \mathrm {~d} t }\) and integrating to obtain \(r \cosh s t\) | Condone omission of \(C\) (or use of ' \(c\) ' again) | |||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AOs | Guidance | |||||||||||||||||||||||||
| 4 | (a) | \(\begin{aligned} | \text { Use of } \bar { x } = \frac { \Sigma m x } { \Sigma m } \text { or } \bar { y } = \frac { \Sigma m y } { \Sigma m } | ||||||||||||||||||||||||||
| \bar { x } = \frac { 2 \times 0 + 3 \times 0.6 + 5 \times 0.4 } { 2 + 3 + 5 } = \frac { 3.8 } { 10 } = 0.38 | |||||||||||||||||||||||||||||
| \bar { y } = \frac { 2 \times 0 + 3 \times 0 + 5 \times 0.2 } { 2 + 3 + 5 } = \frac { 1 } { 10 } = 0.1 \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||
| 4 | (b) | \(G\) is not on the frame so the weight would have an unbalanced moment about the support point |
| 2.4 | |||||||||||||||||||||||||
| 4 | (c) |
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||
| 4 | (d) |
|
|
|
| \(R\) is the normal contact force, \(F\) is the frictional force (up the slope) | |||||||||||||||||||||||
| Abbreviations used in the mark scheme | Meaning |
| dep* | Mark dependent on a previous mark, indicated by *. The * may be omitted if only one previous M mark |
| cao | Correct answer only |
| ое | Or equivalent |
| rot | Rounded or truncated |
| soi | Seen or implied |
| www | Without wrong working |
| AG | Answer given |
| awrt | Anything which rounds to |
| BC | By Calculator |
| DR | This question included the instruction: In this question you must show detailed reasoning. |
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | |||||||
| 1 | (a) | \(\begin{aligned} | \operatorname { un } _ { A B } = \left( \begin{array} { l } 1 | ||||||||
| 0 | |||||||||||
| 2 \end{array} \right) , \operatorname { un } _ { A C } = \left( \begin{array} { l } 3 | |||||||||||
| 1 | |||||||||||
| 9 \end{array} \right) | |||||||||||
| \Rightarrow A B \times A C = \left( \begin{array} { c } - 2 | |||||||||||
| - 3 | |||||||||||
| 1 \end{array} \right) \end{aligned}\) | M1 A1 | 1.1a 1.1 |
| ||||||||
| [3] | |||||||||||
| (b) | \(\begin{aligned} | - 2 x - 3 y + z = d | |||||||||
| \Rightarrow \text { e.g. } - 2 \times 0 - 3 \times 1 - 1 \times 4 = - 7 | |||||||||||
| \Rightarrow 2 x + 3 y - z = 7 \text { oe } \end{aligned}\) |
|
| Use of their vector product and substitution of one point | ||||||||
| 2 | (a) | \(\begin{aligned} | \operatorname { DR } | ||||||||
| \arg ( z ) = \frac { \pi } { 6 } | |||||||||||
| \Rightarrow \arg \left( z ^ { n } \right) = \frac { n \pi } { 6 } = 2 \pi | |||||||||||
| \Rightarrow n = 12 \end{aligned}\) |
|
| Equating arg to \(2 \pi\) | ||||||||
| (b) | 4096 or \(2 ^ { 12 }\) |
| 1.1 | ||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | |||||||||
| \multirow[t]{5}{*}{3} | 2.1 | \multirow[b]{2}{*}{
| |||||||||||
| M1 | 2.1 | |||||||||||
| Where \(\lambda ^ { \prime }\) is an integer because \(\lambda\) is and so rhs is a multiple of 4 . | A1 | 2.5 | |||||||||||
| A1 | 2.2a | |||||||||||
| [5] | |||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||
| \multirow[t]{7}{*}{4} | \multirow[t]{7}{*}{(a)} | \(\begin{aligned} | \frac { 1 } { r ( r + 1 ) ( r + 2 ) } = \frac { A } { r } + \frac { B } { r + 1 } + \frac { C } { r + 2 } | |||
| \Rightarrow A ( r + 1 ) ( r + 2 ) + B r ( r + 2 ) + C r ( r + 1 ) = 1 | ||||||
| \Rightarrow A = \frac { 1 } { 2 } \cdot B = - 1 , C = \frac { 1 } { 2 } | ||||||
| \Rightarrow \frac { 1 } { r ( r + 1 ) ( r + 2 ) } = \frac { 1 } { 2 } \left( \frac { 1 } { r } - \frac { 2 } { r + 1 } + \frac { 1 } { r + 2 } \right) \end{aligned}\) | M1 | 3.1a | Attempt to find constants by comparing 3 coefficients or substituting 3 values for \(r\) | |||
| \(\sum _ { r = 1 } ^ { n } \frac { 1 } { r ( r + 1 ) ( r + 2 ) } =\) | ||||||
| M1 | 1.1 | Expand sum using their partial fractions | ||||
| M1 | 2.1 | Cancel terms | ||||
| \(\begin{aligned} | = \frac { 1 } { 2 } \left[ \left( \frac { 1 } { 1 } - \frac { 2 } { 2 } + \frac { 1 } { 2 } \right) + \left( - \frac { 1 } { n + 1 } + \frac { 1 } { n + 2 } \right) \right] | |||||
| = \frac { 1 } { 4 } - \frac { 1 } { 2 ( n + 1 ) } + \frac { 1 } { 2 ( n + 2 ) } \end{aligned}\) | ||||||
| A1 | 1.1 | Answer in the form \(\frac { 1 } { 4 } - \frac { 1 } { 2 } \mathrm { f } ( n )\) | ||||
| [6] | ||||||
| (b) | \(\frac { 1 } { 4 }\) | B1 | 2.2a | |||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | |||||||||||||
| 5 | (a) | \(\begin{aligned} | \frac { \mathrm { d } x } { \mathrm {~d} t } = y \Rightarrow \frac { \mathrm {~d} ^ { 2 } x } { \mathrm {~d} t ^ { 2 } } = \frac { \mathrm { d } y } { \mathrm {~d} t } | ||||||||||||||
| = 2 y - 5 x | |||||||||||||||||
| \Rightarrow \frac { \mathrm {~d} ^ { 2 } x } { \mathrm {~d} t ^ { 2 } } = 2 \frac { \mathrm {~d} x } { \mathrm {~d} t } - 5 x \end{aligned}\) | M1 \(\begin{aligned} | \text { A1 } | |||||||||||||||
| { [ 2 ] } | |||||||||||||||||
| \end{aligned}\) |
|
| |||||||||||||||
| (b) | (i) | \(\begin{aligned} | \frac { \mathrm { d } ^ { 2 } x } { \mathrm {~d} t ^ { 2 } } - 2 \frac { \mathrm {~d} x } { \mathrm {~d} t } + 5 x = 0 | ||||||||||||||
| \text { A.E. is } n ^ { 2 } - 2 n + 5 = 0 | |||||||||||||||||
| \Rightarrow n = 1 \pm 2 \mathrm { i } | |||||||||||||||||
| \Rightarrow x = \mathrm { e } ^ { t } ( A \sin 2 t + B \cos 2 t ) \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||||
| (b) | (ii) | \(\begin{aligned} | x = \mathrm { e } ^ { t } ( A \sin 2 t + B \cos 2 t ) \text { and } \frac { \mathrm { d } x } { \mathrm {~d} t } = y | ||||||||||||||
| \Rightarrow \frac { \mathrm {~d} x } { \mathrm {~d} t } = \mathrm { e } ^ { t } ( A \sin 2 t + B \cos 2 t ) + \mathrm { e } ^ { t } ( 2 A \cos 2 t - 2 B \sin 2 t ) | |||||||||||||||||
| \Rightarrow y = \mathrm { e } ^ { t } ( ( A - 2 B ) \sin 2 t + ( 2 A + B ) \cos 2 t ) \end{aligned}\) |
|
| |||||||||||||||
| (c) | \(\begin{aligned} | x = \mathrm { e } ^ { t } ( A \sin 2 t + B \cos 2 t ) | |||||||||||||||
| x = 1 , t = 0 | |||||||||||||||||
| \Rightarrow 1 = B | |||||||||||||||||
| \Rightarrow y = \mathrm { e } ^ { t } ( ( A - 2 ) \sin 2 t + ( 2 A + 1 ) \cos 2 t ) | |||||||||||||||||
| y = 3 , t = 0 | |||||||||||||||||
| \Rightarrow 3 = 2 A + 1 \Rightarrow A = 1 | |||||||||||||||||
| \Rightarrow x = \mathrm { e } ^ { t } ( \sin 2 t + \cos 2 t ) , y = \mathrm { e } ^ { t } ( 3 \cos 2 t - \sin 2 t ) \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||||||
| \multirow[t]{4}{*}{(d)} | \multirow[t]{4}{*}{
| M1 | 3.1b | \multirow[t]{4}{*}{
| ||||||||||
| A1 | 3.4 | |||||||||||||
| A1 | 3.4 | |||||||||||||
| E1 | 3.4 | |||||||||||||
| Abbreviations used in the mark scheme | Meaning |
| dep* | Mark dependent on a previous mark, indicated by *. The * may be omitted if only one previous M mark |
| cao | Correct answer only |
| ое | Or equivalent |
| rot | Rounded or truncated |
| soi | Seen or implied |
| www | Without wrong working |
| AG | Answer given |
| awrt | Anything which rounds to |
| BC | By Calculator |
| DR | This question included the instruction: In this question you must show detailed reasoning. |
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||||||
| 2 | (a) | \(\mathrm { f } ( x ) = \ln ( 2 + x ) \Rightarrow \mathrm { f } ^ { \prime } ( x ) = \frac { 1 } { 2 + x } \Rightarrow \mathrm { f } ^ { \prime } ( 0 ) = \frac { 1 } { 2 }\) |
|
| Differentiation | |||||||||
| (b) | \(\begin{aligned} | \mathrm { f } ^ { \prime } ( x ) = \frac { 1 } { 2 + x } \Rightarrow \mathrm { f } ^ { \prime \prime } ( x ) = - \frac { 1 } { ( 2 + x ) ^ { 2 } } | ||||||||||||
| \Rightarrow \mathrm { f } ^ { \prime \prime } ( 0 ) = \frac { - 1 } { ( 2 + 0 ) ^ { 2 } } = - \frac { 1 } { 4 } \end{aligned}\) |
|
|
| |||||||||||
| (c) | \(\begin{aligned} \mathrm { f } ( 0 ) | = \ln 2 | ||||||||||||
| \mathrm { f } ( x ) | = \mathrm { f } ( 0 ) + x \mathrm { f } ^ { \prime } ( 0 ) + \frac { x ^ { 2 } } { 2 } \mathrm { f } ^ { \prime \prime } ( 0 ) | |||||||||||||
| = \ln 2 + \frac { 1 } { 2 } x - \frac { 1 } { 8 } x ^ { 2 } \end{aligned}\) |
|
|
| |||||||||||
| 3 | (a) | \(\left( \begin{array} { l l l } 4 | 0 | 0 | ||||||||||
| 0 | 4 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | 4 \end{array} \right)\) |
| 1.1 | ||||||||||
| (b) | \(\frac { 1 } { 4 } \left( \begin{array} { c c c } 1 | 0 | 1 | |||||||||||
| - 8 | 4 | 0 | ||||||||||||
| 19 | - 8 | - 1 \end{array} \right)\) oe |
| 1.1 | ||||||||||
| (c) | (i) |
|
|
| ||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | |||||||||||
| (c) | (ii) | \(\begin{aligned} | \left( \begin{array} { c c c } 1 | 2 | 1 | ||||||||||
| 2 | 5 | 2 | |||||||||||||
| 3 | - 2 | - 1 \end{array} \right) \left( \begin{array} { l } x | |||||||||||||
| y | |||||||||||||||
| z \end{array} \right) = \left( \begin{array} { l } 0 | |||||||||||||||
| 1 | |||||||||||||||
| 4 \end{array} \right) | |||||||||||||||
| \Rightarrow \left( \begin{array} { l } x | |||||||||||||||
| y | |||||||||||||||
| z \end{array} \right) = \frac { 1 } { 4 } \left( \begin{array} { c c c } 1 | 0 | 1 | |||||||||||||
| - 8 | 4 | 0 | |||||||||||||
| 19 | - 8 | - 1 \end{array} \right) \left( \begin{array} { l } 0 | |||||||||||||
| 1 | |||||||||||||||
| 4 \end{array} \right) = \left( \begin{array} { c } 1 | |||||||||||||||
| 1 | |||||||||||||||
| - 3 \end{array} \right) | |||||||||||||||
| \Rightarrow x = 1 , y = 1 , z = - 3 \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||
| 4 | (a) | \(\begin{aligned} | \tanh x = \frac { \mathrm { e } ^ { x } - \mathrm { e } ^ { - x } } { \mathrm { e } ^ { x } + \mathrm { e } ^ { - x } } = u | ||||||||||||
| \Rightarrow \mathrm { e } ^ { x } ( 1 - u ) = \mathrm { e } ^ { - x } ( 1 + u ) | |||||||||||||||
| \Rightarrow \mathrm { e } ^ { 2 x } = \left( \frac { 1 + u } { 1 - u } \right) \Rightarrow x = \frac { 1 } { 2 } \ln \left( \frac { 1 + u } { 1 - u } \right) \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||
| (b) | \(\begin{aligned} | 4 \tanh ^ { 2 } x + \tanh x - 3 = 0 | |||||||||||||
| \Rightarrow ( 4 u - 3 ) ( u + 1 ) = 0 \Rightarrow u = \frac { 3 } { 4 } , ( - 1 ) | |||||||||||||||
| \Rightarrow x = \frac { 1 } { 2 } \ln \left( \frac { 1 + \frac { 3 } { 4 } } { 1 - \frac { 3 } { 4 } } \right) = \frac { 1 } { 2 } \ln 7 \quad \text { oe } | |||||||||||||||
| \text { i.e. } a = \frac { 1 } { 2 } , b = 7 \quad \text { oe } \end{aligned}\) |
|
|
| ||||||||||||
| (c) | E.g. Because - \(1 < \tanh x < 1\) |
| 2.4 | e.g. One root has been rejected as outside range. | |||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||||||
| 5 |
| M1 | 3.1a | Attempt to complete the square | ||||||||||
| Abbreviations used in the mark scheme | Meaning |
| dep* | Mark dependent on a previous mark, indicated by *. The * may be omitted if only one previous M mark |
| cao | Correct answer only |
| ое | Or equivalent |
| rot | Rounded or truncated |
| soi | Seen or implied |
| www | Without wrong working |
| AG | Answer given |
| awrt | Anything which rounds to |
| BC | By Calculator |
| DR | This question included the instruction: In this question you must show detailed reasoning. |
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | (a) | \(\operatorname { det } \mathbf { A } = a ^ { 2 } - 10 a + 16\) |
|
| Attempt to work out the determinant | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (b) | \(a ^ { 2 } - 10 a + 16 = 0 \Rightarrow ( a - 2 ) ( a - 8 ) = 0 \Rightarrow a = 2,8\) |
|
| Solving their quadratic soi | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (c) |
|
|
|
| "correct answers" means solns are either infinite or nonexistent. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (b) | \(\begin{aligned} | x = \mathrm { e } ^ { - t } ( A \cos 2 t + B \sin 2 t ) + 2 \sin t - \cos t | ||||||||||
| \text { As } t \rightarrow \infty , \quad \mathrm { e } ^ { - t } \rightarrow 0 | ||||||||||||
| \Rightarrow x \approx 2 \sin t - \cos t \end{aligned}\) |
|
|
| Accept this final line for 2 marks |
| Abbreviations used in the mark scheme | Meaning |
| dep* | Mark dependent on a previous mark, indicated by *. The * may be omitted if only one previous M mark |
| cao | Correct answer only |
| oe | Or equivalent |
| rot | Rounded or truncated |
| soi | Seen or implied |
| www | Without wrong working |
| AG | Answer given |
| awrt | Anything which rounds to |
| BC | By Calculator |
| DR | This question included the instruction: In this question you must show detailed reasoning. |
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||||||||||||||||||
| \multirow[t]{2}{*}{3 |
| М1 | 3.1a |
|
| |||||||||||||||||||||
| [4] | ||||||||||||||||||||||||||
| (b) | DR \(\begin{aligned} | \int _ { - 1 } ^ { 1 } ( 5 \cosh x + 3 \sinh x ) \mathrm { d } x = [ 5 \sinh x + 3 \cosh x ] _ { - 1 } ^ { 1 } | ||||||||||||||||||||||||
| = \left( 5 \frac { \mathrm { e } ^ { 1 } - \mathrm { e } ^ { - 1 } } { 2 } + 3 \frac { \mathrm { e } ^ { 1 } + \mathrm { e } ^ { - 1 } } { 2 } \right) - \left( 5 \frac { \mathrm { e } ^ { - 1 } - \mathrm { e } ^ { 1 } } { 2 } + 3 \frac { \mathrm { e } ^ { - 1 } + \mathrm { e } ^ { 1 } } { 2 } \right) | ||||||||||||||||||||||||||
| = \left( 4 \mathrm { e } ^ { 1 } - \mathrm { e } ^ { - 1 } \right) - \left( 4 \mathrm { e } ^ { - 1 } - \mathrm { e } ^ { 1 } \right) | ||||||||||||||||||||||||||
| = 5 \mathrm { e } - \frac { 5 } { \mathrm { e } } \end{aligned}\) | М1 | 1.1 | Attempt at integral (i.e. one function changed) |
| ||||||||||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||||||||||
| 4 | (b) | \(\begin{aligned} | \int _ { 1 / 6 } ^ { 1 / 2 } \frac { 1 } { ( 1 + 2 x ) \sqrt { x } } \mathrm {~d} x = \sqrt { 2 } \int _ { 1 / 6 } ^ { 1 / 2 } \frac { 1 } { ( 1 + 2 x ) \sqrt { 2 x } } \mathrm {~d} x | |||||||||||||||
| = \sqrt { 2 } \left[ \tan ^ { - 1 } \sqrt { 2 x } \right] _ { 1 / 6 } ^ { 1 / 2 } = \sqrt { 2 } \left( \tan ^ { - 1 } 1 - \tan ^ { - 1 } \frac { 1 } { \sqrt { 3 } } \right) | ||||||||||||||||||
| = \sqrt { 2 } \left( \frac { \pi } { 4 } - \frac { \pi } { 6 } \right) = \frac { \sqrt { 2 } } { 12 } \pi | ||||||||||||||||||
| \text { So } k = \frac { \sqrt { 2 } } { 12 } \end{aligned}\) |
|
|
| |||||||||||||||
| Alternatively: \(\begin{aligned} | \text { Let } u = \sqrt { x } | |||||||||||||||||
| \mathrm {~d} u = \frac { 1 } { 2 \sqrt { x } } \mathrm {~d} x \Rightarrow \mathrm {~d} x = 2 \sqrt { x } \mathrm {~d} u = 2 u \mathrm {~d} u | ||||||||||||||||||
| \int _ { \frac { 1 } { 6 } } ^ { \frac { 1 } { 2 } } \frac { \sqrt { x } } { \left( x + 2 x ^ { 2 } \right) } \mathrm { d } x = \int _ { x = \frac { 1 } { 6 } } ^ { x = \frac { 1 } { 2 } } \frac { u } { \left( u ^ { 2 } + 2 u ^ { 4 } \right) } 2 u \mathrm {~d} u = 2 \int _ { x = \frac { 1 } { 6 } } ^ { x = \frac { 1 } { 2 } } \frac { 1 } { \left( 1 + 2 u ^ { 2 } \right) } \mathrm { d } u | ||||||||||||||||||
| = \sqrt { 2 } \left[ \tan ^ { - 1 } u \sqrt { 2 } \right] _ { x = \frac { 1 } { 6 } } ^ { x = \frac { 1 } { 2 } } | ||||||||||||||||||
| = \sqrt { 2 } \left[ \tan ^ { - 1 } \sqrt { 2 x } \right] _ { x = \frac { 1 } { 6 } } ^ { x = \frac { 1 } { 2 } } = \sqrt { 2 } \left( \tan ^ { - 1 } 1 - \tan ^ { - 1 } \frac { 1 } { \sqrt { 3 } } \right) = \sqrt { 2 } \left( \frac { \pi } { 4 } - \frac { \pi } { 6 } \right) | ||||||||||||||||||
| = \frac { \pi \sqrt { 2 } } { 12 } \end{aligned}\) |
| |||||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||
| 5 | (a) | \(\begin{aligned} | \cosh x = \frac { \mathrm { e } ^ { x } + \mathrm { e } ^ { - x } } { 2 } = \frac { \mathrm { e } ^ { 2 x } + 1 } { 2 \mathrm { e } ^ { x } } | |||||||
| \Rightarrow \operatorname { sech } x = \frac { 2 \mathrm { e } ^ { x } } { \mathrm { e } ^ { 2 x } + 1 } \quad \text { AG } \end{aligned}\) |
|
| Use of \(\cosh x\) in exponentials | |||||||
| (b) | \(\begin{aligned} | u = \mathrm { e } ^ { x } \Rightarrow \mathrm {~d} u = \mathrm { e } ^ { x } \mathrm {~d} x | ||||||||
| \Rightarrow \mathrm {~d} x = \frac { \mathrm { d } u } { u } | ||||||||||
| \Rightarrow \int \operatorname { sech } x \mathrm {~d} x = \int \left( \frac { 2 \mathrm { e } ^ { x } } { \mathrm { e } ^ { 2 x } + 1 } \right) \mathrm { d } x | ||||||||||
| = \int \frac { 2 u } { u ^ { 2 } + 1 } \cdot \frac { \mathrm {~d} u } { u } | ||||||||||
| = 2 \tan ^ { - 1 } ( u ) + c = 2 \tan ^ { - 1 } \left( \mathrm { e } ^ { x } \right) + c | ||||||||||
| \text { Alternatively: } | ||||||||||
| u = \sinh x \Rightarrow \mathrm {~d} u = \cosh x \mathrm {~d} x | ||||||||||
| \Rightarrow \int \operatorname { sech } x \mathrm {~d} x = \int \frac { 1 } { \cosh x } \cdot \frac { \mathrm {~d} u } { \cosh x } = \int \frac { \mathrm { d } u } { \cosh ^ { 2 } x } | ||||||||||
| = \int \frac { \mathrm { d } u } { 1 + \sinh ^ { 2 } x } = = \int \frac { \mathrm { d } u } { 1 + u ^ { 2 } } | ||||||||||
| = \tan ^ { - 1 } u + c | ||||||||||
| = \tan ^ { - 1 } ( \sinh x ) + c | ||||||||||
| \text { Alternatively: } | ||||||||||
| \int \operatorname { sech } x \mathrm {~d} x = \int \frac { 2 \mathrm { e } ^ { x } } { \mathrm { e } ^ { 2 x } + 1 } \mathrm {~d} x | ||||||||||
| \text { Let } \mathrm { e } ^ { x } = \tan u \Rightarrow \mathrm { e } ^ { x } \mathrm {~d} x = \sec ^ { 2 } u \mathrm {~d} u \Rightarrow \mathrm {~d} x = \frac { \sec ^ { 2 } u } { \tan u } \mathrm {~d} u | ||||||||||
| \Rightarrow \int \operatorname { sech } x \mathrm {~d} x = \int \frac { 2 \tan u } { \tan ^ { 2 } u + 1 } \cdot \frac { \sec ^ { 2 } u } { \tan u } \mathrm {~d} u = 2 \int \mathrm {~d} u | ||||||||||
| = 2 u + c | ||||||||||
| = 2 \tan ^ { - 1 } \left( \mathrm { e } ^ { x } \right) + c \end{aligned}\) |
| 3.1a | Must include \(c\) | Allow absence of \(\mathrm { d } u\) | ||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||||||||||||||||
| 6 | (a) | DR \(\begin{aligned} | \omega = \cos \frac { 2 \pi } { 5 } + \mathrm { i } \sin \frac { 2 \pi } { 5 } | |||||||||||||||||
| \Rightarrow \omega ^ { 5 } = \left( \cos \frac { 2 \pi } { 5 } + \mathrm { i } \sin \frac { 2 \pi } { 5 } \right) ^ { 5 } = \cos 2 \pi + \mathrm { i } \sin 2 \pi = 1 + 0 \mathrm { i } = 1 \end{aligned}\) |
| 2.1 1.1 | Finding \(\omega ^ { 5 }\) AG | Use of exponentials is satisfactory Could be argued backwards | ||||||||||||||||
| (b) | \(\omega ^ { 2 } , \omega ^ { 3 } , \omega ^ { 4 } , 1\) |
| 1.1 |
| Exponentials satisfactory | |||||||||||||||
| (c) |
|
| ||||||||||||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | |||||||
| 6 | (d) | \(\begin{aligned} | \mathbf { A G } | ||||||||
| \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) ^ { 2 } + \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) - 1 = \omega ^ { 2 } + 2 + \frac { 1 } { \omega ^ { 2 } } + \omega + \frac { 1 } { \omega } - 1 | |||||||||||
| = \frac { 1 } { \omega ^ { 2 } } \left( \omega ^ { 4 } + \omega ^ { 2 } + 1 + \omega ^ { 3 } + \omega \right) = 0 | |||||||||||
| \text { Since } \frac { 1 } { \omega ^ { 2 } } \neq 0 , \omega ^ { 4 } + \omega ^ { 2 } + 1 + \omega ^ { 3 } + \omega = 0 | |||||||||||
| \text { or from part (c) } \end{aligned}\) |
|
| Multiply out | ||||||||
| Alternatively: \(\begin{aligned} | \omega ^ { 4 } + \omega ^ { 3 } + \omega ^ { 2 } + \omega + 1 = 0 | ||||||||||
| \Rightarrow \omega ^ { 2 } \left( \omega ^ { 2 } + \omega + 1 + \frac { 1 } { \omega } + \frac { 1 } { \omega ^ { 2 } } \right) = 0 | |||||||||||
| \Rightarrow \omega ^ { 2 } \left( \left( \omega ^ { 2 } + 2 + \frac { 1 } { \omega ^ { 2 } } \right) + \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) + 1 - 2 \right) = 0 | |||||||||||
| \Rightarrow \omega ^ { 2 } \left( \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) ^ { 2 } + \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) - 1 \right) = 0 | |||||||||||
| \text { Since } \omega ^ { 2 } \neq 0 , \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) ^ { 2 } + \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) - 1 = 0 \quad \mathbf { A } \mathbf { 1 } \end{aligned}\) | [3] |
| |||||||||
| Question | Answer | Marks | AO | Guidance | ||
| \multirow[t]{4}{*}{6} | (e) | \(\begin{aligned} | \frac { 1 } { \omega } = \cos \frac { 2 \pi } { 5 } - i \sin \frac { 2 \pi } { 5 } | |||
| \Rightarrow \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) = 2 \cos \frac { 2 \pi } { 5 } \end{aligned}\) | B1 | 3.1a | \(\omega + \frac { 1 } { \omega }\) may be seen in (d) | |||
| \(\begin{aligned} | \text { From (iii) solving quadratic: } \left( \omega + \frac { 1 } { \omega } \right) = \frac { - 1 \pm \sqrt { 5 } } { 2 } | |||||
| \Rightarrow 2 \cos \frac { 2 \pi } { 5 } = \frac { \sqrt { 5 } - 1 } { 2 } \Rightarrow \cos \frac { 2 \pi } { 5 } = \frac { \sqrt { 5 } - 1 } { 4 } | ||||||
| = - \frac { 1 } { 4 } + \frac { \sqrt { 5 } } { 4 } \text { or } - \frac { 1 } { 4 } + \frac { 1 } { 4 } \sqrt { 5 } \text { or } - 0.25 + 0.25 \sqrt { 5 } \end{aligned}\) | М1 | 3.1a | BC | |||
| A1 | 2.3 | For taking the valid value and presenting in correct form ое | No other forms acceptable | |||
| [4] | ||||||