御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:弧度量、週期性數學模型、指數函數及其圖形

建國中學 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 16 題,照原卷順序

單選題 2 題(每題 5 分,共 10 分)、作圖題 2 題(每題 5 分,共 10 分)、填充題 6 題(每(小)題 4 分,共 44 分;第 5 題每格各 1 分)、計算題 6 題(每題 6 分,共 36 分)。本卷沒有學校公布的答案,本頁答案為本站依題目計算。

一、單選題(每題 5 分,共 10 分)
1
考慮 sin1, sin2, sin3, sin4, sin5, sin1∘, sin2∘, sin3∘, sin4∘, sin5∘ 這 10 個數,試問有幾個數是正實數?
  1. (1) 2 個
  2. (2) 4 個
  3. (3) 6 個
  4. (4) 8 個
  5. (5) 10 個
2
a=sin(π2),試問下列哪一個選項是正確的?
  1. (1) a=−1
  2. (2) −1<a≤−21​
  3. (3) −21​<a≤0
  4. (4) 0<a≤21​
  5. (5) 21​<a≤1
二、作圖題(每題 5 分,共 10 分)
3
利用 y=sinx 的圖形,畫出函數 y=sinx−1 的圖形。
載入中...
4
利用 y=sinx 的圖形,畫出函數 y=sin2x 的圖形。
載入中...
三、填充題(每(小)題 4 分,共 44 分)
5
將度度量換算為弧度量,或將弧度量換算為度度量,並將答案填入下方的表格中。【此題每格各 1 分】(原卷是一張表格,四組對應如下)(1) 120∘= ____ 弳;(2) −300∘= ____ 弳;(3) ____ 度 =45​π 弳;(4) ____ 度 =3 弳。
6
已知扇形半徑 20 公分,周長 50 公分,求扇形的:(1) 圓心角,(2) 面積。
7
某學校舉辦抽獎活動,1000 名學生分別領到編號 0001 到 1000 的對獎聯。首先,抽出一個不大於 40 的正整數,然後將此數字逐次加上 40,但不可大於 1000,這些號碼都可以獲得獎品。試問:假設抽出的正整數是 23,則中獎號碼當中最大的是幾號?
8
定義函數 f(x)=2+3cos(4x+5),其中 x 為實數,試求 f(x) 的:(1) 週期,(2) 最大值,(3) 最小值。
9
試解下列方程式或不等式:(1) 43x+5=87x+9,(2) 9x<(31​)x+4。
10
放射性物質的質量變為原本的一半所需的時間,稱為該放射物的半衰期。設某種放射性物質現在的質量為 100 公克且半衰期為 20 年,試求:(1) 60 年後的質量。(2) 經過多少年以後,其質量會衰變到剩下 1.5625 公克?
四、計算題(每題 6 分,共 36 分)
11
設 0≤x<2π,已知 sinx≥−21​,試求實數 x 的最大可能範圍。
12
設 a=(21​)21​, b=(31​)31​, c=(51​)51​,試比較 a,b,c 的大小。
13
考慮某天下午 1 點到下午 2 點之間,試問哪些時間點的時針和分針恰好會夾成直角?
14
求方程式 x−2π​=6cosx 的實根個數。
15
設 a,b,c,d 皆為實數,已知 f(x)=asin(bx+c)+d,其中 a>0, b>0, ∣c∣≤π,而 A(2411​π, 5), B(2417​π, −1) 是 y=f(x) 函數圖形中同一週期內的最高點及最低點,試求 a,b,c,d 之值。
16
設實數 x 滿足 −2≤x≤1,且函數 f(x)=2(4x+4−x)−3(2x+2−x)+5,試求 f(x) 的最大值及最小值。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(4)
第 2 題(3)
第 3 題把 y=sinx 的圖形往下平移 1 單位(圖見詳解)
第 4 題把 y=sinx 的圖形以 y 軸為基準,水平方向縮為 21​ 倍(圖見詳解)
第 5 題(1) 32​π (2) −35​π (3) 225 (4) π540​
第 6 題(1) 21​ 弳 (2) 100 平方公分
第 7 題983 號(編號 0983)
第 8 題(1) 2π​ (2) 5 (3) −1
第 9 題(1) x=−1517​ (2) x<−34​
第 10 題(1) 12.5 公克 (2) 120 年
第 11 題0≤x≤67π​ 或 611π​≤x<2π
第 12 題c>a>b
第 13 題下午 1 點 21119​ 分與下午 1 點 54116​ 分
第 14 題5 個
第 15 題a=3,b=4,c=32π​,d=2
第 16 題最大值 8195​,最小值 3
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01單選第 1、2 題:弧度角的位置與正弦值的正負

第 1 題答案 (4)。沒有度的記號就是弧度。π≈3.14、2π≈6.28:1、2、3 都在 0 與 π 之間,正弦值為正;4、5 在 π 與 2π 之間,正弦值為負。1∘ 到 5∘ 都是銳角,正弦值為正。所以正實數有 3+5=8 個。
3 弧度約 171.9∘,還沒超過 180∘,sin3 是正的(約 0.141)。
第 2 題答案 (3)。π2≈9.87。3π≈9.42,3π+6π​=619π​≈9.95,所以 3π<π2<3π+6π​。正弦函數的週期是 2π,a=sin(π2)=sin(π2−2π),而 π<π2−2π<π+6π​=67π​。角從 π 增加到 23π​ 時正弦值由 0 一路降到 −1,且 sin67π​=−21​,因此 −21​<a<0,落在選項 (3) 的範圍。
π2−3π=π(π−3)≈0.445 弧度,約 25.5∘,比 30∘ 小;a≈−0.430。
弧度角先用 π≈3.14 找出它夾在哪兩個特殊角之間,超過一圈的先減掉 2π 的整數倍。

02作圖第 3、4 題:正弦圖形的平移與伸縮

第 3 題y=sinx−1 是把 y=sinx 每一點的 y 坐標都減 1,也就是整個圖形往下平移 1 單位,形狀與週期(2π)都不變。幾個關鍵點:(0,0)→(0,−1);最高點 (2π​,1)→(2π​,0);(π,0)→(π,−1);最低點 (23π​,−1)→(23π​,−2)。新圖形的最大值是 0、最小值是 −2,在 x=2π​、2π​±2π、… 與 x 軸相切。附圖的虛線是原來的 y=sinx,實線是答案。
載入中...
圖形最高只到 x 軸,不會跑到 x 軸上方;2π​≈1.57、23π​≈4.71,在方格上要對準這些位置。
第 4 題y=sin2x 是把 y=sinx 的圖形以 y 軸為基準,水平方向縮為 21​ 倍:每一點的 x 坐標變成一半、y 坐標不變。週期由 2π 變成 π,最大值 1、最小值 −1 不變。一個週期的關鍵點:(0,0)、最高點 (4π​,1)、(2π​,0)、最低點 (43π​,−1)、(π,0),再往左右每隔 π 重複。附圖的虛線是原來的 y=sinx,實線是答案。
載入中...
是「縮」不是「伸」:原圖一個週期的寬度裡,新圖形要畫出兩個完整的波。4π​≈0.79、π≈3.14。
y=sinx+k 是上下平移,振幅與週期不變;y=sinbx(b>0)是水平伸縮,週期變成 b2π​。

03填充第 5、6 題:度與弧度互換、扇形

第 5 題用 180∘=π 弳換算。(1) 120∘=120×180π​=32​π 弳。(2) −300∘=−300×180π​=−35​π 弳。(3) 45​π 弳 =45​×180∘=225∘。(4) 3 弳 =3×π180∘​=(π540​)∘,約 171.9∘。
第 (4) 格的 3 弳沒有 π,是 3 弧度,不是 3π;換成度要除以 π。負角換算後仍是負的。
第 6 題扇形的周長是兩條半徑加一段弧:弧長 s=50−2×20=10(公分)。(1) 由 s=rθ:10=20θ,θ=21​(弳)。(2) 面積 =21​rs=21​×20×10=100(平方公分)。
周長不是只有弧長,要先扣掉兩條半徑。圓心角 21​ 弳約 28.6∘。
度與弧度互換只記 180∘=π 弳;扇形用 s=rθ、面積 =21​r2θ=21​rs。

04填充第 7、8 題:等間隔的號碼、餘弦型函數的週期與最大最小值

第 7 題中獎號碼是 23, 63, 103, …,每次加 40,第 k 次加完是 23+40k。要 23+40k≤1000,即 40k≤977,k≤24.4…,k 最大取 24。最大的中獎號碼是 23+40×24=983 號。
再加一次是 1023,已經超過 1000。也可以用 1000=40×25:每 40 號一組共 25 組,每組恰有一個中獎號碼,最後一組(961~1000)裡的是 960+23=983。
第 8 題(1) y=cosx 的週期是 2π,x 的係數是 4,圖形在水平方向縮為 41​ 倍,週期 =42π​=2π​;左右平移與上下平移都不改變週期。(2)(3) x 為任意實數時 −1≤cos(4x+5)≤1,乘以 3 再加 2:−1≤f(x)≤5,而且兩端都取得到。所以最大值 5、最小值 −1。
括號裡的 +5 只讓圖形左右平移,不影響週期與最大最小值。

05填充第 9、10 題:指數方程式與不等式、半衰期

第 9 題(1) 兩邊都化成以 2 為底:43x+5=22(3x+5)=26x+10,87x+9=23(7x+9)=221x+27。底數相同,指數相等:6x+10=21x+27,15x=−17,x=−1517​。(2) 兩邊都化成以 3 為底:9x=32x,(31​)x+4=3−(x+4)。底數 3>1,y=3x 是遞增函數,所以 2x<−x−4,3x<−4,x<−34​。
第 (2) 小題若兩邊化成以 31​ 為底,因為底數小於 1,比較指數時不等號要反向:(31​)−2x<(31​)x+4 得 −2x>x+4,結果相同。
第 10 題每經過 20 年質量變為原來的 21​,t 年後的質量是 100×(21​)20t​ 公克。(1) 60 年是 3 個半衰期:100×(21​)3=12.5(公克)。(2) 1001.5625​=0.015625=641​=(21​)6,所以經過了 6 個半衰期,6×20=120(年)。
也可以一路減半來數:100→50→25→12.5→6.25→3.125→1.5625,共減半 6 次。
指數方程式與不等式先化成同底;底數大於 1 時不等號方向不變,介於 0 與 1 之間時要反向。

06計算第 11、12 題:正弦不等式、比較大小

第 11 題先找等號成立的位置。在 0≤x<2π 內,sinx=−21​ 的角在第三、第四象限,參考角是 6π​:x=π+6π​=67π​ 或 x=2π−6π​=611π​。再看 y=sinx 的圖形與水平線 y=−21​:從 x=0 到 67π​,圖形在水平線上方(含端點);從 67π​ 到 611π​ 之間,圖形在水平線下方;從 611π​ 到 2π,圖形又回到水平線上方。所以 0≤x≤67π​ 或 611π​≤x<2π。
答案是兩段,不要漏掉靠近 2π 的那一小段;不等式含等號,所以 67π​ 與 611π​ 都要包含,而 2π 依題目的範圍不含。
第 12 題三個數都是正數,同時取 30 次方(2、3、5 的最小公倍數)來比較:a30=(21​)15=327681​,b30=(31​)10=590491​,c30=(51​)6=156251​。分子相同時分母越小數越大:156251​>327681​>590491​,即 c30>a30>b30。正數的 30 次方越大,原數也越大,所以 c>a>b。
三個數的底數與指數都不同,不能直接套用指數函數的遞增遞減來比;先把指數變成相同才能比。數值約為 a≈0.707、b≈0.693、c≈0.725。

07計算第 13、14 題:時針與分針、用圖形數實根

第 13 題設時刻為下午 1 點 t 分(0≤t≤60),角度都從 12 的位置順時針量。分針每分鐘走 6∘,位置是 6t 度。時針每分鐘走 0.5∘,1 點整時在 30∘,位置是 30+0.5t 度。分針比時針多走的角度是 6t−(30+0.5t)=5.5t−30 度,在這一小時內由 −30∘ 增加到 300∘。兩針夾成直角就是這個角度差等於 90∘ 或 270∘(差 270∘ 時,從另一側量是 90∘;−90∘ 在這一小時內不會出現)。5.5t−30=90 得 t=11240​=21119​;5.5t−30=270 得 t=11600​=54116​。兩個時刻是下午 1 點 21119​ 分與下午 1 點 54116​ 分。
用弧度寫也一樣:分針每分鐘轉 30π​、時針每分鐘轉 360π​,直角是 2π​。一小時內成直角有兩次,第二次(分針超前 270∘)容易漏掉。
第 14 題實根個數就是 y=6cosx 的圖形與直線 y=x−2π​ 的交點個數。因為 −6≤6cosx≤6,交點只會出現在 −6≤x−2π​≤6,即 2π​−6≤x≤2π​+6,約 −4.43≤x≤7.57。① x=2π​:兩邊都是 0,是一個根。② 2π​<x≤7.57:直線的值為正,所以只看 cosx>0 的地方,這一段裡只有 23π​<x≤7.57(23π​≈4.71,而下一次變號在 25π​≈7.85)。在 x=23π​ 曲線高度 0、直線高度 π,曲線在下;在 x=2π 曲線高度 6、直線高度 23π​≈4.71,曲線在上;在 x=2π​+6 直線高度 6,曲線高度不到 6(這裡不是曲線的最高點),曲線在下。曲線先升後降,上升時與直線交 1 點、下降時再交 1 點,共 2 個根。③ −4.43≤x<2π​:直線的值為負,只看 cosx<0 的地方,即 −4.43≤x<−2π​。在 x=−2π​ 曲線高度 0、直線高度 −π,曲線在上;在 x=−π 曲線高度 −6、直線高度 −23π​≈−4.71,曲線在下;在 x=2π​−6 直線高度 −6,曲線高度大於 −6,曲線在上。同樣交 2 點。合計 1+2+2=5 個實根。
兩個圖形都對稱於點 (2π​,0),所以左右兩邊的交點個數相同,中間那個根只算一次。五個根約在 x≈−3.66, −2.26, 1.57, 5.41, 6.80。
一邊是正弦或餘弦、一邊是直線的方程式:先用函數值的範圍把 x 框住,再分段比較曲線與直線誰高誰低來數交點。

08計算第 15、16 題:由最高點與最低點決定正弦函數、換元求極值

第 15 題因為 a>0,最大值是 a+d、最小值是 −a+d:a+d=5,−a+d=−1,解得 a=3,d=2。同一週期內最高點與最低點的 x 坐標相差半個週期:2417​π−2411​π=4π​,所以週期是 2π​;由 b2π​=2π​(b>0)得 b=4。最高點發生在 sin(bx+c)=1:4×2411​π+c=2π​+2kπ(k 為整數),c=2π​−611π​+2kπ=−34π​+2kπ。要 ∣c∣≤π,只有 k=1 合:c=32π​。檢查最低點:4×2417​π+32π​=27π​,sin27π​=−1,f=−3+2=−1,符合。所以 a=3,b=4,c=32π​,d=2。
最高點到最低點是半個週期,不是一個週期。c 要用題目給的範圍 ∣c∣≤π 篩選:−34π​ 超出範圍,加一圈 2π 才是答案。
第 16 題令 t=2x+2−x。t2=4x+2+4−x,所以 4x+4−x=t2−2,f=2(t2−2)−3t+5=2t2−3t+1。再求 t 的範圍:令 u=2x,−2≤x≤1 時 41​≤u≤2,t=u+u1​。由算幾不等式 u+u1​≥2u⋅u1​​=2,等號在 u=1(x=0)成立,所以 t 的最小值是 2。又 t−2=u+u1​−2=u(u−1)2​,u 離 1 越遠這個值越大(u<1 與 u>1 兩側各自如此),所以 t 的最大值只會出現在兩端,比較兩端:u=41​ 時 t=41​+4=417​,u=2 時 t=2+21​=25​,所以 t 的最大值是 417​(x=−2),即 2≤t≤417​。g(t)=2t2−3t+1=2(t−43​)2−81​ 的頂點在 t=43​,在 2≤t≤417​ 這一段位於頂點右側,g 隨 t 增加而增加。最小值 g(2)=8−6+1=3(x=0 時);最大值 g(417​)=2×16289​−451​+1=8289−102+8​=8195​(x=−2 時)。
換元後 t 不能取到頂點 43​(t 至少是 2),最小值不是 −81​。最大值要比較 x=−2 與 x=1 兩端:f(1)=217​−215​+5=6,比 f(−2)=8195​ 小。
看到 2x+2−x 與 4x+4−x 同時出現就令 t=2x+2−x;換元之後一定要重新求新變數的範圍。

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第 2 題要先估出 π 的平方夾在哪兩個特殊角之間,再用週期換回一圈之內;第 13 題一小時內時針與分針成直角有兩次,第二次容易漏掉;第 14 題的直線不過原點,要先用餘弦值的範圍把 x 框住,再分左右兩邊數交點;第 16 題換元之後,新變數的範圍要由 x 的範圍重新求,最大值出現在 x 等於負二而不是 x 等於一。詳解逐題寫在本頁。

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