御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:三角函數(弧度量、三角函數的圖形、和差角與倍角半角公式、正餘弦的疊合)

家齊高中 114 上
高二第一次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 17 題,照原卷順序

單選題 2 題(10 分)、多重選擇題 2 題(12 分)、填充題 11 格(66 分)、混合題 1 題 2 小題(12 分)

一、單選題(一題 5 分,共 10 分)〔原卷第 1~2 題〕
1
直角坐標平面上,點 (cos3, tanπ) 落在哪?
  1. (A) 落在第一象限
  2. (B) 落在第二象限
  3. (C) 落在第三象限
  4. (D) 落在第四象限
  5. (E) 落在坐標軸上
2
設函數 y=sin2x−cos2x 的圖形為 Γ1​,函數 y=2​sin2x 的圖形為 Γ2​,則 Γ1​ 圖形如何平移得到 Γ2​ 圖形?
  1. (A) 向右平移 8π​
  2. (B) 向左平移 8π​
  3. (C) 向右平移 4π​
  4. (D) 向左平移 4π​
  5. (E) 向右平移 2π​
二、多重選擇題(一題 6 分,共 12 分,配分 6-4-2)〔原卷本大題第 1~2 題,本頁編為第 3~4 題〕
3
試選出週期為 π 的函數?
  1. (A) f(x)=2sin(πx)
  2. (B) f(x)=2∣tanx∣
  3. (C) f(x)=3sinx−4cosx
  4. (D) f(x)=4sin2x
  5. (E) f(x)=4cosx(sinx−cosx)
4
試問下列各選項中,那些值小於 21​?
  1. (A) sinπ
  2. (B) sinπ2
  3. (C) sin20∘sin70∘
  4. (D) sin100∘sin110∘−cos80∘sin20∘
  5. (E) tan80∘+tan40∘−3​tan80∘tan40∘
三、填充題(一格 6 分,共 66 分)〔原卷本大題第 1~11 題,本頁編為第 5~15 題〕
5
cos28π​+sin283π​= ____。
6
若一角 θ=30 弳,則其最小正同界角為 ____ 弳。
7
如圖,扇形圓心角為 45∘,半徑為 10 公分,ABCD 為正方形,則陰影部分的面積為 ____ 平方公分。
載入中...
8
在 −π≤x≤π 的範圍中,則方程式 x+πcos2x=0 的實數解個數為 ____。
9
坐標平面上兩直線 L1​:2x−y=3,L2​:x−3y=1 且兩此直線夾角為 θ,試問 cosθ= ____。(兩解)
10
若 △ABC 為鈍角三角形,且 ∠A>90∘,已知 △ABC 的外接圓半徑為 5,外接圓圓心到 BC 的距離為 1,到 AB 的距離為 3,求 cos∠ABC= ____。
11
若 x=α 時,函數 f(x)=4cosx−3sinx−5 有最大值,則 tanα= ____。
12
當日偏食出現時,如圖,假設圖上之曲線皆為圓弧,若 ∠ASB=30∘,∠AQB=45∘,則兩弧 ASB⌢ 和 AQB⌢​ 弧長比值為 ____。
載入中...
13
如圖,在 △ABC 中,若 ∠A 的內角平分線交 BC 於 D 點,且 AB=4、AC=6、AD=4,則 cos(∠BAC)= ____。
載入中...
14
數線上有 A、B 兩點,兩點的位置 (x) 對時間 (t) 之關係分別為 xA​=sin(t−6π​),xB​=cost,則在 0≤t≤π 之時間範圍內,AB 長度的最大值 M 與最小值 m,則數對 (M, m)= ____。
15
若直線 x=−12π​ 為函數 y=kcos3x−2sin3x 的圖形之一條對稱軸,則 k= ____。
四、混合題(共 12 分)〔原卷 (1)(2) 兩小題,本頁編為第 16~17 題〕
混合題(第 16~17 題)(第 16~17 題) 平面上,圓 Γ1​ 和 Γ2​ 相交於 A、K 兩點,其中 AK=2 為圓 Γ1​ 之直徑,且 Γ2​ 的半徑是 Γ1​ 的 2 倍。如圖,在 Γ1​ 上取一點 B 點,在 Γ2​ 上取一點 C 點,使得 B−K−C 三點共線,若 ∠ACK=45∘,∠CAK=θ,試問:
16
(1) 以 θ 的三角函數分別表示 BK 和 CK。(填充題,各 3 分)
載入中...
17
(2) 試證 2​<BC<2。(6 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(E)
第 2 題(B)
第 3 題(B)(D)(E)
第 4 題(A)(B)(C)(E)
第 5 題1+22​​
第 6 題30−8π
第 7 題225π​−20
第 8 題5
第 9 題±22​​
第 10 題253+86​​
第 11 題−43​
第 12 題9102​​
第 13 題187​
第 14 題(3​, 0)
第 15 題2
第 16 題BK=2sin(45∘−θ),CK=22​sinθ
第 17 題BC=2sin(θ+45∘),0∘<θ<45∘,故 2​<BC<2(證明見詳解)
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01單選 1~2:弧度角的位置與圖形的平移

第 1 題答案 (E)。3 弧度介於 2π​≈1.57 與 π≈3.14 之間,是第二象限角,cos3<0;tanπ=0。所以這個點的 x 坐標為負、y 坐標為 0,落在 x 軸(負向)上,也就是在坐標軸上。
沒有度的記號的 3 是 3 弧度(約 172∘),不是 3∘。
第 2 題答案 (B)。疊合:sin2x−cos2x=2​(sin2xcos4π​−cos2xsin4π​)=2​sin(2x−4π​)=2​sin2(x−8π​)。所以 Γ1​ 是把 Γ2​ 向右平移 8π​ 而得;反過來,Γ1​ 要向左平移 8π​ 才得到 Γ2​。
平移量要先把 x 的係數 2 提出來再看,是 8π​ 不是 4π​;題目問的是由 Γ1​ 到 Γ2​,方向要反過來。流傳版本的參考答案也是 (B)。常見的錯誤是把方向看反選成 (A):「Γ1​ 是 Γ2​ 向右平移 8π​ 得到的」沒有錯,但題目問的是由 Γ1​ 到 Γ2​,要向左。
沒有度的記號就是弧度;平移量看的是 x 本身被加減多少,係數要先提出來。

02多選 3~4:週期與三角函數值的大小

第 3 題答案 (B)(D)(E)。(A) 2sin(πx) 的週期是 π2π​=2。(B) tanx 的週期是 π,取絕對值後 ∣tan(x+π)∣=∣tanx∣,而圖形在每一段 (−2π​,2π​) 內先降到 0 再上升,沒有更小的週期,週期是 π。(C) 疊合成 5sin(x−φ),週期 2π。(D) 4sin2x=2(1−cos2x)=2−2cos2x,週期 22π​=π。(E) 4cosxsinx−4cos2x=2sin2x−2(1+cos2x)=2sin2x−2cos2x−2=22​sin(2x−4π​)−2,週期 π。
(D)(E) 是二次式,先用倍角公式降成 2x 的一次式再看週期。
第 4 題答案 (A)(B)(C)(E)。(A) sinπ=0<21​。(B) π2≈9.87,而 3π≈9.42、4π≈12.57,所以 3π<π2<4π,與 π2−2π(介於 π 與 2π 之間)同界,正弦為負,小於 21​。(C) sin70∘=cos20∘,sin20∘cos20∘=21​sin40∘<21​。(D) sin100∘=sin80∘、sin110∘=cos20∘,原式 =sin80∘cos20∘−cos80∘sin20∘=sin60∘=23​​>21​。(E) 由 tan120∘=1−tan80∘tan40∘tan80∘+tan40∘​=−3​ 得 tan80∘+tan40∘=−3​+3​tan80∘tan40∘,所以原式 =−3​<21​。
(B) 的 π2 是弧度,不是 sin2π;(E) 看到「兩個正切的和」與「兩個正切的積」同時出現,就用正切的和角公式。
二次的 sin、cos 先降次再看週期;求值題先找餘角、補角關係,再套和差角公式。

03填充 5~8:倍角、同界角、扇形面積與圖形交點

第 5 題83π​=2π​−8π​,所以 sin83π​=cos8π​。原式 =2cos28π​=1+cos4π​=1+22​​。
用到倍角公式 cos2α=2cos2α−1,也就是 2cos2α=1+cos2α。
第 6 題同界角相差 2π 的整數倍。2π≈6.283,30÷6.283≈4.77,所以減去 4 個 2π:30−8π≈30−25.13=4.87,介於 0 與 2π 之間,就是最小正同界角。
再減一個 2π 會變成負的(30−10π≈−1.42),所以是 30−8π。
第 7 題設扇形的圓心為 O、正方形邊長為 s。D 在與水平半徑夾 45∘ 的半徑上,AD 垂直於水平半徑,所以 △OAD 是等腰直角三角形,OA=AD=s。C 在弧上,它到水平半徑的距離是 s、垂足到 O 的距離是 OA+s=2s,由畢氏定理 (2s)2+s2=102,得 s2=20,這就是正方形的面積。扇形面積 =21​r2θ=21​⋅102⋅4π​=225π​。陰影面積 =225π​−20(平方公分)。
扇形面積公式的圓心角要用弧度,45∘=4π​。
第 8 題原式即 cos2x=−πx​,看 y=cos2x(週期 π)與直線 y=−πx​ 在 −π≤x≤π 的交點個數。直線由 (−π,1) 降到 (π,−1)。x=−π 時 cos(−2π)=1,與直線同高,是 1 個解。接著把範圍切成四段,每段 cos2x 由一個極值單向走到下一個極值:−π<x<−2π​,曲線離開 x=−π 後先在直線上方(例如 x=−3 時 cos(−6)≈0.960,直線高 π3​≈0.955),到 x=−2π​ 時曲線為 −1、直線為 21​,曲線在下方,有 1 個交點;−2π​<x<0,曲線由 −1 升到 1、直線由 21​ 降到 0,有 1 個交點;0<x<2π​,曲線由 1 降到 −1、直線由 0 降到 −21​,有 1 個交點;2π​<x<π,曲線由 −1 升到 1、直線由 −21​ 降到 −1,有 1 個交點。共 1+4=5 個。
x=−π 這個端點本身是解,不要漏掉;x=π 時 π+πcos2π=2π=0,不是解。
數解的個數時,把方程式拆成一條三角函數圖形與一條直線,分段比較高低,端點另外檢查。

04填充 9~11:直線夾角、外接圓與疊合

第 9 題L1​ 的斜率是 2,L2​ 的斜率是 31​。設兩直線的斜角分別為 α、β,則 tanα=2、tanβ=31​,tan(α−β)=1+2⋅31​2−31​​=35​35​​=1,α−β=45∘。兩直線相交所成的角有 45∘ 與它的補角 135∘,所以 cosθ=22​​ 或 −22​​。
題目註明兩解,夾角的銳角與鈍角都要寫。
第 10 題設外接圓圓心為 O,M、N 分別是 BC、AB 的中點,則 OM⊥BC、ON⊥AB。∠A 是鈍角,B、C 都是銳角。弧 AB(不含 C)所對的圓周角是 ∠C,圓心角 ∠AOB=2∠C,ON 平分它,所以 cosC=OBON​=53​,sinC=54​。∠A 是鈍角時,O 與 A 在 BC 的異側,∠BOC=360∘−2∠A,∠BOM=180∘−∠A,所以 cos(180∘−A)=OBOM​=51​,cosA=−51​,sinA=526​​。cos∠ABC=cos(180∘−(A+C))=−cos(A+C)=−cosAcosC+sinAsinC=253​+2586​​=253+86​​。
圓心到弦的距離 = 半徑 ×(弦所對圓周角的餘弦的絕對值);∠A 是鈍角,cosA 要取負。
第 11 題疊合:4cosx−3sinx=5(54​cosx−53​sinx)=5cos(x+φ),其中 cosφ=54​、sinφ=53​。f(x)=5cos(x+φ)−5 在 cos(x+φ)=1 時有最大值 0,此時 α+φ=2nπ(n 為整數),α=−φ+2nπ,所以 tanα=tan(−φ)=−tanφ=−43​。
檢查:此時 cosα=cosφ=54​、sinα=−sinφ=−53​,4⋅54​−3⋅(−53​)−5=0。
疊合之後,極值發生的角可以直接由新角等於多少讀出來,再換回原來的角。

05填充 12~15:弧長、角平分線與疊合的應用

第 12 題設大圓弧的半徑為 R、小圓弧的半徑為 r。大圓上,圓周角 ∠ASB=30∘ 所對的弧(不含 S)圓心角為 60∘,所以 AB=R(正三角形),而含 S 的弧 ASB⌢ 圓心角為 360∘−60∘=300∘=35π​,弧長 35π​R。小圓上,Q 在弧上,圓周角 ∠AQB=45∘ 所對的弧(不含 Q)圓心角為 90∘,所以 AB=2​r,而含 Q 的弧 AQB⌢​ 圓心角為 360∘−90∘=270∘=23π​,弧長 23π​r。兩圓共用弦 AB:R=2​r。比值 =23π​r35π​⋅2​r​=352​​⋅32​=9102​​。
圓周角的頂點在哪一段弧上,那一段弧的圓心角就是 360∘ 減去圓周角的兩倍;弧長公式的圓心角要用弧度。
第 13 題設 ∠BAD=∠DAC=α,則 ∠BAC=2α。用面積:△ABC=△ABD+△ADC,21​⋅4⋅6sin2α=21​⋅4⋅4sinα+21​⋅4⋅6sinα,即 12sin2α=20sinα。代入 sin2α=2sinαcosα 並約去 sinα=0:24cosα=20,cosα=65​。cos∠BAC=cos2α=2cos2α−1=2⋅3625​−1=187​。
檢查:BC2=16+36−48⋅187​=3100​,BD:DC=4:6,BD2=254​⋅3100​=316​;在 △ABD 用餘弦定理 16+16−32⋅65​=316​,相符。
第 14 題AB=∣xA​−xB​∣。xA​−xB​=sintcos6π​−costsin6π​−cost=23​​sint−23​cost=3​(21​sint−23​​cost)=3​sin(t−3π​)。0≤t≤π 時 −3π​≤t−3π​≤32π​,sin(t−3π​) 的範圍是 −23​​ 到 1,所以 ​3​sin(t−3π​)​ 的最大值是 3​(t=65π​),最小值是 0(t=3π​,兩點重合)。(M, m)=(3​, 0)。
長度是差的絕對值,最小值是 0,不是 3​⋅(−23​​)=−23​。
第 15 題y=kcos3x−2sin3x 疊合後是振幅 k2+4​ 的正弦函數,它的對稱軸都通過圖形的最高點或最低點,所以 x=−12π​ 時 y=±k2+4​。代入:y=kcos(−4π​)−2sin(−4π​)=22​​(k+2)。兩邊平方:2(k+2)2​=k2+4,k2−4k+4=0,(k−2)2=0,k=2。
檢查:k=2 時 y=2cos3x−2sin3x=22​cos(3x+4π​),x=−12π​ 時 3x+4π​=0,正是最高點。
正弦型函數的對稱軸一定通過最高點或最低點,代入後函數值等於正負振幅。

06混合題 16~17:兩圓、直角三角形與和角公式

第 16 題題幹照流傳版本,依答案以 ∠ACK=45∘ 說明(原因見 note)。AK 是 Γ1​ 的直徑,B 在 Γ1​ 上,所以 ∠ABK=90∘。B、K、C 共線,直角三角形 ABC 中 ∠ACB=45∘,所以 ∠BAC=45∘,而 K 在 BC 上,∠BAK=∠BAC−∠CAK=45∘−θ。直角三角形 ABK 中斜邊 AK=2,BK=AKsin∠BAK=2sin(45∘−θ)。在 △ACK 用正弦定理:sinθCK​=sin45∘AK​=22​,所以 CK=22​sinθ。
BK 也可以寫成 2cos(45∘+θ) 或 2​cosθ−2​sinθ,三者相等。流傳版本題幹印作「Γ2​ 的半徑是 Γ1​ 的 2 倍」:照這個條件,Γ2​ 半徑為 2、弦 AK=2,由正弦定理 sin∠ACK=2⋅22​=21​,∠ACK 會是 30∘(或 150∘),與「∠ACK=45∘」不能同時成立;半徑若是 Γ1​ 的 2​ 倍,圓周角才恰為 45∘。流傳版本的參考答案與 (2) 要證的範圍都與 ∠ACK=45∘ 相符,本頁只用這個條件與「AK=2 是 Γ1​ 的直徑」作答,沒有用到 Γ2​ 的半徑;附圖以 2​ 倍繪製。
第 17 題由 (1),K 在 B、C 之間,BC=BK+CK=2sin(45∘−θ)+22​sinθ。展開 2sin(45∘−θ)=2(22​​cosθ−22​​sinθ)=2​cosθ−2​sinθ,所以 BC=2​cosθ+2​sinθ=2(sinθcos45∘+cosθsin45∘)=2sin(θ+45∘)。角的範圍:θ=∠CAK>0∘,且 ∠BAK=45∘−θ>0∘,所以 0∘<θ<45∘,45∘<θ+45∘<90∘。正弦在這一段遞增,22​​<sin(θ+45∘)<1,乘以 2 即得 2​<BC<2。
也可以直接看直角三角形 ABK:AB=2cos(45∘−θ),而 △ABC 是等腰直角三角形,BC=AB=2cos(45∘−θ)=2sin(45∘+θ),結果相同。證明題要寫出 θ 的範圍從哪裡來。
直徑所對的圓周角是直角;把長度寫成單一個三角函數後,不等式就由角的範圍決定。

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