御藍教育/段考卷/高二

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

彰化女中 113 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 18 題,照原卷順序

單選題 4 題(每題 5 分)、多選題 2 題(每題 10 分)、填充題 10 題(每題 5 分)、混合題 1 題組 2 小題(各 5 分),共 100 分。

第壹部分:選擇(填)題(占 90 分) 一、單選題(占 20 分)說明:第 1 題至第 4 題,每題 5 分。
1
試選出最接近 2​ 的選項
  1. (1) 3​cos14∘+sin14∘
  2. (2) 3​cos36∘+sin36∘
  3. (3) 3​cos56∘+sin56∘
  4. (4) 3​cos74∘+sin74∘
  5. (5) 3​cos85∘+sin85∘
2
設 x 為實數,求方程式 2sinx=5x​ 共有多少個實根
  1. (1) 5
  2. (2) 6
  3. (3) 7
  4. (4) 8
  5. (5) 9
3
下列哪一個函數的週期與其他函數不同
  1. (1) y=sin2x
  2. (2) y=tanx
  3. (3) y=cos(2x−3π​)
  4. (4) y=∣sinx∣
  5. (5) y=sinx+cosx
4
下列選項中的數哪一個最小
  1. (1) cos1
  2. (2) cos2
  3. (3) cos3
  4. (4) cos4
  5. (5) cos5
二、多選題(占 20 分)說明:第 5 題至第 6 題,每題 10 分。
5
若 π<θ<23π​,sinθ=−54​,則下列選項哪些正確
  1. (1) cos2θ=−257​
  2. (2) tan2θ=−724​
  3. (3) sin2θ​=525​​
  4. (4) cos2θ​=55​​
  5. (5) sin4θ=−625336​
6
已知函數 f(x)=233​​sin2x+23​cos2x+1。則下列選項哪些是正確的?
  1. (1) f(0)=25​
  2. (2) f(x) 的週期為 π
  3. (3) f(x) 的最小值為 −2
  4. (4) y=f(x) 的圖形對稱 x−32π​=0
  5. (5) g(x)=3sin2x+1 向左平移 6π​ 後的圖形會與 y=f(x) 的圖形重合
三、填充題(占 50 分)說明:第 7 題至第 16 題,每題 5 分。
7
如圖,直圓錐中底圓直徑 BC=6、AB=9、AD=6。試求從 C 點沿曲面繞圓錐一圈至 D 點的最短距離為 ____。
載入中...
8
坐標平面上,圓 O 為圓心在原點的單位圓,若 P(−cos1, sin1) 與 Q(sin1, cos1) 都在圓 O 上,則 ∠POQ= ____。
9
如圖,將兩個邊長為 3、4、5 的直角三角形積木疊放於桌上(AB=AD=4、BC=DE=3、AC=AE=5),求最高點到桌面(即 EF)的距離為 ____。
載入中...
10
若 △ABC 是等腰三角形,AB=AC=10、BC=5,P 點在三角形內部。已知線段長度 PB=4 且 PC=3,求 cos∠ABP= ____。
11
如圖,∠C 是直角,AC=BC,D,E 三等分 BC,∠DAE=θ,則 tanθ= ____。
載入中...
12
若 0≤x≤24,則不等式 3sin(6π​x)+14≥15.5 的解 x 為 ____。
13
若 △ABC 中、cosA=53​、cosB=−31​,則 sinC= ____。
14
設 a>0,b>0,0≤c≤2π,若函數 f(x)=asin(bx+c)+d 的部分圖形如圖所示,其中 A(9π​, 9),B(94π​, −1),則數對 (a, b, c, d)= ____。
載入中...
15
若 0≤x≤π,函數 f(x)=sinx−3​cosx+4 的最大值為 M,最小值為 N,則數對 (M, N)= ____。
16
若 A(cosθ+2, sinθ+4),其中 0≤θ<2π,試求動點 A 與 P(−2, 1) 的最近距離為 ____。
第貳部分:混合題(占 10 分)說明:本部分共有 1 題組,每一子題配分標於題末。限在標示題號作答區內作答。選擇題與「非選擇題作圖部分」使用 2B 鉛筆作答,更正時,應以橡皮擦擦拭,切勿使用修正液(帶)。非選擇題由左而右橫式書寫,作答時必須寫出計算過程或理由,否則將酌予扣分。
17-18 題組(第 17~18 題) 如圖,已知扇形 OAB 的圓心角為 3π​,半徑為 1,P 為 AB 弧上的一個動點,∠POA=θ。
17
試以 θ 表示四邊形 OAPB 的面積。(非選擇題,5 分)
載入中...
18
試求四邊形 OAPB 的最大面積。(非選擇題,5 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(4)
第 2 題(3)
第 3 題(5)
第 4 題(3)
第 5 題(1)(2)(3)(5)
第 6 題(1)(2)(3)(4)
第 7 題319​
第 8 題2π​(即 90∘)
第 9 題524​
第 10 題204+315​​
第 11 題113​
第 12 題1≤x≤5 或 13≤x≤17
第 13 題1562​−4​
第 14 題(5, 3, 6π​, 4)
第 15 題(6, 4−3​)
第 16 題4
第 17 題41​sinθ+43​​cosθ(也可寫成 21​sin(θ+3π​))
第 18 題21​
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

每一題,錯在哪一步

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01單選題(第 1~4 題):疊合、圖形的交點、週期、弧度

第 1 題答案 (4)。疊合:3​cosx+sinx=2(sinxcos60∘+cosxsin60∘)=2sin(x+60∘)。五個選項依序是 2sin74∘、2sin96∘=2sin84∘、2sin116∘=2sin64∘、2sin134∘=2sin46∘、2sin145∘=2sin35∘。而 2​=2sin45∘。正弦在 0∘ 到 90∘ 之間遞增,角度比 45∘ 大的四個裡 46∘ 最靠近;再與另一側的 35∘ 比:2sin46∘≈1.439,2sin35∘≈1.147,而 2​≈1.414,所以最接近的是 (4)。
超過 90∘ 的角先用 sin(180∘−α)=sinα 化回銳角,才方便比大小。
第 2 題答案 (3)。方程式即 sinx=10x​,實根個數就是 y=sinx 與直線 y=10x​ 的交點個數。x=0 是一個根;兩個圖形都對稱於原點,正根與負根一樣多,只需數正根。因為 sinx≤1,正根只會出現在 0<x≤10,而 3π≈9.42<10<4π。在 0<x<π:x=2π​ 時 sinx=1>10x​,x=π 時 sinx=0<10x​,有 1 個交點。在 π≤x≤2π:sinx≤0<10x​,沒有交點。在 2π<x<3π:兩端 sinx=0 都在直線下方,而 x=25π​ 時 sinx=1>10x​≈0.785,曲線先穿到直線上方再穿回來,有 2 個交點。在 3π≤x≤10:sinx≤0,沒有交點。正根 3 個,負根 3 個,加上 0,共 7 個。
x=0 只算一次;另外要確認直線在 x=25π​ 時還沒超過 1,第二個「山」才碰得到。
第 3 題答案 (5)。(1) y=sin2x 的週期是 22π​=π。(2) y=tanx 的週期是 π。(3) y=cos(2x−3π​) 的週期是 22π​=π,平移不改變週期。(4) y=∣sinx∣ 把 x 軸下方的部分翻上來,每隔 π 重複一次,週期是 π。(5) y=sinx+cosx=2​sin(x+4π​),週期是 2π。只有 (5) 不同。
第 4 題答案 (3)。這裡的 1、2、3、4、5 都是弧度。2π​≈1.57、π≈3.14、23π​≈4.71,所以 1 在第一象限、5 在第四象限,cos1、cos5 為正;2、3 在第二象限,4 在第三象限,餘弦為負。餘弦在 x=π 時最小,且 cosx 的圖形對稱於直線 x=π,離 π 越近值越小(在 0 到 2π 之間)。∣3−π∣≈0.14、∣4−π∣≈0.86、∣2−π∣≈1.14,3 最靠近 π,所以 cos3 最小。
用計算機核對(弧度模式):cos2≈−0.416,cos3≈−0.990,cos4≈−0.654。

02多選題(第 5、6 題):倍角半角的正負號、疊合後的圖形性質

第 5 題答案 (1)(2)(3)(5)。θ 在第三象限,cosθ=−1−2516​​=−53​。(1) 對:cos2θ=1−2sin2θ=1−2532​=−257​。(2) 對:sin2θ=2sinθcosθ=2×(−54​)×(−53​)=2524​,tan2θ=−7/2524/25​=−724​。(3) 對、(4) 錯:2π​<2θ​<43π​,2θ​ 在第二象限,正弦為正、餘弦為負。sin22θ​=21−cosθ​=54​,sin2θ​=525​​;cos22θ​=21+cosθ​=51​,cos2θ​=−55​​。(5) 對:sin4θ=2sin2θcos2θ=2×2524​×(−257​)=−625336​。
半角公式只給平方,正負號要另外由 2θ​ 所在的象限決定。
第 6 題答案 (1)(2)(3)(4)。疊合:233​​sin2x+23​cos2x=3(sin2xcos6π​+cos2xsin6π​)=3sin(2x+6π​),所以 f(x)=3sin(2x+6π​)+1。(1) 對:f(0)=23​+1=25​。(2) 對:週期 22π​=π。(3) 對:正弦最小為 −1,f(x) 的最小值為 −3+1=−2。(4) 對:正弦型函數的圖形對稱於通過最高點或最低點的鉛直線;x=32π​ 時 2x+6π​=23π​,f(32π​)=−2 是最小值,所以直線 x=32π​ 是對稱軸。(5) 錯:向左平移 6π​ 是把 x 換成 x+6π​,得 3sin(2x+3π​)+1,不是 f(x);因為 f(x)=3sin2(x+12π​)+1,應向左平移 12π​ 才會重合。
平移量要先把 x 的係數提出來再看:2x+6π​=2(x+12π​)。
看到 asinkx+bcoskx 先疊合成一個正弦,週期、極值、對稱軸、平移量就都讀得出來。

03填充題(第 7~9 題):圓錐展開、單位圓上的角、二倍角求高度

第 7 題把圓錐側面沿母線 AC 剪開攤平,得到半徑 9 的扇形,弧長等於底圓周長 6π,圓心角 =96π​=32π​。剪開後 C 出現在扇形的兩端,記作 C 與 C′;D 在 AC′ 上,AD=6。繞圓錐一圈的最短路徑就是展開圖上的線段 CD。在 △ACD 中用餘弦定理:CD2=92+62−2×9×6×cos32π​=81+36+54=171,所以 CD=171​=319​。
D 與 C 在同一條母線上,不繞的話距離只有 3;題目要繞一圈,所以起點與終點要放在展開扇形的兩條不同邊上。
第 8 題把兩點都寫成 (cosα, sinα) 的形式。P(−cos1, sin1)=(cos(π−1), sin(π−1)),是角 π−1 的終邊與單位圓的交點;Q(sin1, cos1)=(cos(2π​−1), sin(2π​−1)),是角 2π​−1 的終邊與單位圓的交點。兩角相差 (π−1)−(2π​−1)=2π​,所以 ∠POQ=2π​。
流傳版本的參考答案寫 90∘,與 2π​ 是同一個角。也可以用斜率檢查:OP 與 OQ​ 的斜率相乘 =−cos1sin1​×sin1cos1​=−1,兩線段垂直。
第 9 題設 ∠BAC=α,在直角三角形 ABC 中 sinα=53​、cosα=54​。直角三角形 ADE 的三邊同樣是 4、3、5,所以 ∠DAE=α;D 在 AC 上,故 ∠BAE=2α。在直角三角形 AFE 中,EF=AEsin2α=5×2sinαcosα=5×2×53​×54​=524​。
可以再檢查 AF=5cos2α=5(2516​−259​)=57​,(57​)2+(524​)2=25。

04填充題(第 10~13 題):差角公式、正切差角、三角不等式、和角公式

第 10 題∠ABP=∠ABC−∠PBC,分別求兩個角的正弦、餘弦。等腰三角形 ABC 中,自 A 作 BC 的高,垂足是 BC 中點,cos∠ABC=105/2​=41​,sin∠ABC=415​​。△PBC 三邊為 3、4、5,32+42=52,∠BPC 是直角,cos∠PBC=54​,sin∠PBC=53​。由餘弦的差角公式:cos∠ABP=41​×54​+415​​×53​=204+315​​。
P 在三角形內部,所以 BP 落在 ∠ABC 裡面,兩角是相減不是相加。
第 11 題設 AC=BC=3,則 CE=1、CD=2。在直角三角形 ACE、ACD 中,tan∠CAE=31​,tan∠CAD=32​。θ=∠CAD−∠CAE,由正切的差角公式:tanθ=1+32​×31​32​−31​​=911​31​​=113​。
D、E 把 BC 分成三等分,但 ∠BAC 並沒有被三等分,不能用 45∘÷3。
第 12 題移項得 sin(6π​x)≥21​。令 t=6π​x,0≤x≤24 時 0≤t≤4π,剛好兩個週期。在 0≤t≤2π 內,sint≥21​ 的範圍是 6π​≤t≤65π​;下一個週期是 613π​≤t≤617π​。換回 x=π6​t:1≤x≤5 或 13≤x≤17。
x 的週期是 12,第二段就是第一段加 12。
第 13 題A、B 是三角形的內角,正弦都為正:sinA=1−259​​=54​,sinB=1−91​​=322​​。C=π−(A+B),所以 sinC=sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB=54​×(−31​)+53​×322​​=1562​−4​。
cosB<0 表示 B 是鈍角;答案約 0.299 為正,符合三角形內角的正弦值。

05填充題(第 14~16 題):由圖形定係數、限制範圍的疊合、距離的最小值

第 14 題圖形在 y=−1 與 y=9 之間振盪:振幅 a=29−(−1)​=5,中線 d=29+(−1)​=4。A 是最高點,B 是它右邊緊鄰的最低點,兩點的 x 坐標相差半個週期:94π​−9π​=3π​,週期 =32π​=b2π​,得 b=3。代入最高點 A:5sin(3×9π​+c)+4=9,sin(3π​+c)=1,3π​+c=2π​+2kπ(k 為整數),c=6π​+2kπ;在 0≤c≤2π 內只有 c=6π​。所以 (a,b,c,d)=(5,3,6π​,4)。
用 B 檢查:3×94π​+6π​=23π​,5sin23π​+4=−1,相符。
第 15 題疊合:sinx−3​cosx=2(sinxcos3π​−cosxsin3π​)=2sin(x−3π​),所以 f(x)=2sin(x−3π​)+4。0≤x≤π 時 −3π​≤x−3π​≤32π​。這段範圍包含 2π​,正弦最大為 1(x=65π​),M=6;正弦最小出現在左端點,sin(−3π​)=−23​​(x=0),N=4−3​。所以 (M,N)=(6, 4−3​)。
範圍有限制時,最小值不一定是 −2+4=2;要先看 x−3π​ 走過哪一段,這裡走不到 −2π​。
第 16 題AP2=(cosθ+2+2)2+(sinθ+4−1)2=(cosθ+4)2+(sinθ+3)2=26+8cosθ+6sinθ。疊合:6sinθ+8cosθ=10sin(θ+φ)(其中 cosφ=53​、sinφ=54​),範圍是 −10 到 10,且 0≤θ<2π 走完一整圈,−10 取得到。所以 AP2 的最小值是 26−10=16,最近距離為 4。
從圖形看:A 在以 (2,4) 為圓心、半徑 1 的圓上,P 到圓心的距離是 42+32​=5,最近距離 =5−1=4,結果相同。

06混合題(第 17、18 題):四邊形面積拆成兩個三角形,再疊合

第 17 題連 OP,把四邊形 OAPB 分成 △OAP 與 △OPB,OA=OP=OB=1,∠AOP=θ,∠POB=3π​−θ。面積 =21​×1×1×sinθ+21​×1×1×sin(3π​−θ)。用差角公式展開:sin(3π​−θ)=23​​cosθ−21​sinθ,所以面積 =21​sinθ+43​​cosθ−41​sinθ=41​sinθ+43​​cosθ。
流傳版本的參考答案寫 43​​sinθ+41​cosθ,正弦與餘弦的係數與本站相反。可用 θ=0 檢查:此時 P 與 A 重合,面積就是 △OAB 的面積 21​sin3π​=43​​;本站的式子代入得 43​​,流傳版本的式子代入得 41​。本站答案寫 41​sinθ+43​​cosθ。
第 18 題由第 17 題,面積 =41​sinθ+43​​cosθ=21​(sinθcos3π​+cosθsin3π​)=21​sin(θ+3π​)。P 在弧 AB 上,0≤θ≤3π​,所以 3π​≤θ+3π​≤32π​,這段範圍包含 2π​。當 θ+3π​=2π​,即 θ=6π​ 時,面積最大,最大值為 21​。
θ=6π​ 表示 P 是弧 AB 的中點;此時兩個三角形的面積都是 21​sin6π​=41​,合計 21​。
有共同頂點的圖形面積,拆成幾個「兩邊夾一角」的三角形相加,再把同角的正弦、餘弦疊合求極值。

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第 2 題要用正弦曲線與直線的交點來數實根,零只算一次,還要確認直線在第二個波峰處還沒超過一;第 7 題繞圓錐一圈,起點與終點要放在展開扇形的兩條邊上再用餘弦定理;第 10 題要看出小三角形是直角三角形,再用差角公式;第 15 題範圍有限制,最小值出現在端點而不是正弦等於負一的地方;第 17 題展開後正弦與餘弦的係數容易對調。詳解逐題寫在本頁。

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題目取自彰化女中 113 學年度上學期 高二第一次段考 數學A,由御藍教育重新打字排版;答案逐題重新計算,詳解為御藍教育撰寫。

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