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)

建國中學 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 14 題,照原卷順序

多選題 4 題(28 分)、填充題 8 題(48 分)、計算題 2 題(24 分)

一、多選題(占 28 分):第 1 題至第 4 題,每題 7 分。(7-4-2-0)
1
試問下列哪些選項是正確的?
  1. (1) 點 (tan5, cos5) 落在第二象限
  2. (2) cos3cos2−sin3sin2=cos(3+2)
  3. (3) sin(180−α)=sinα
  4. (4) cos(2π​−α)=sinα
  5. (5) −1<cos(π2)<−21​
2
已知 tanθ=5−12​ 且 23π​<θ<2π,試問下列選項哪些是正確的?
  1. (1) sinθ=13−5​
  2. (2) cos2θ=169−119​
  3. (3) tan2θ​=23​
  4. (4) cos2θ​=13​3​
  5. (5) sin(θ+60∘)=2653​−12​
3
令 f(x)=sinx+3​cosx,試選出正確的選項。
  1. (1) 鉛直線 x=3π​ 為 y=f(x) 圖形的對稱軸
  2. (2) f(x) 的最大值為 1+3​
  3. (3) 在區間 (π, 67π​) 中,f(x) 的圖形向右下降
  4. (4) 在區間 [0, 2π) 中,有兩個實數 x 滿足 f(x)=−3​
  5. (5) 在區間 [0, 2π) 中,滿足 f(x)=21​ 的所有實數之和不超過 π
4
下列選項哪些是正確的?
  1. (1) 將 y=sinx 的圖形向左平移 5 單位得到 y=sin(x+5) 的圖形
  2. (2) 將 y=cos2x 的圖形向左平移 3 單位得到 y=cos(2x+3) 的圖形
  3. (3) 將 y=cos2x 的圖形向上平移 1 單位再鉛直伸縮 21​ 倍可以得到 y=cos2x 的圖形
  4. (4) 將 y=sin2x 的圖形水平伸縮 3 倍可得 y=sin32x​ 的圖形
  5. (5) 將 y=sinx 的圖形向右平移 2 單位,再水平伸縮 3 倍所得的圖形與先水平伸縮 3 倍,再向右平移 2 單位所得的圖形相同
二、填充題(占 48 分):第 5 題至第 12 題,每題 6 分。
5
若以邊長為 8 的正三角形 ABC 之各邊為直徑,各向內作半圓,如圖所示,則著色部分面積為 ____。
載入中...
6
如圖,直角三角形 ABC 中,∠B=90∘,AB=3,D 在 BC 上,BD=1,設 ∠CAD=∠DAB=θ,則 sin2θ= ____。
載入中...
7
給定函數 f(x)=asin(bx+c)+d 的部分圖形如圖所示,且 a>0,b>0,2−π​<c<2π​,已知 A(4π​, 2)、B(413π​, 2)、C(0, 21​) 落在函數圖形上,且 f(x) 的最大值與最小值分別為 5,−1,試求序對 (a, b, c, d)= ____。
載入中...
8
在 △ABC 中,已知 tanB=3−4​,cosC=5​2​,試求 cosA= ____。
9
函數 f(x)=3​sinx−cosx,且 0≤x≤π,若 f(x) 在 x=θ 時會有最大值 M,則求數對 (θ, M)= ____。
10
試問 tanx=x+1 在 −2π<x<2π 的範圍內有 ____ 個實根。
11
2π​<x<23π​ 且滿足 2sinx−2cos(x−6π​)=1,試求 x 的值 = ____。
12
在函數 f(x)=asin(bx)(a>0 且 b>0)的圖形中,若取相鄰的兩個最高點 A,B 兩點及一個最低點 C 點,使得 △ABC 形成正三角形,且點 (3bπ​, 4bπ​) 在函數 f(x) 的圖形上,試求數對 (a, b)= ____。
載入中...
三、計算題(占 24 分):第 13 題至第 14 題,每題 12 分。
13
直角 △ABC 的三邊長分別為 AB=7​,AC=2,BC=3​,將 AB 邊向外做一個正三角形 ABD,如圖所示,試回答下列問題:(1) 試求 △ACD 的面積。(5 分)(2) 試求 CD 的長度。(7 分)
載入中...
14
函數 f(x)=5sinx+12cosx,試回答下列兩小題:(1) 若將 f(x) 化成 f(x)=rsin(x+θ) 的形式,其中 r 為正數,試求 cos22θ​ 的值。(6 分)(2) 當 0≤x≤2π​ 時,f(x) 在 x=α 時會有最大值 k,試求 sin2α 與 k 的值。(6 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(1)(2)(4)(5)
第 2 題(2)(5)
第 3 題(3)(4)
第 4 題(1)(3)(4)
第 5 題16π−83​
第 6 題53​
第 7 題(3, 32​, −6π​, 2)
第 8 題525​​
第 9 題(32π​, 2)
第 10 題3
第 11 題67π​
第 12 題(2π​, 3​)
第 13 題(1) 233​​;(2) 13​
第 14 題(1) 139​;(2) sin2α=169120​,k=13
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多選 1~2:弧度、象限與和差角、倍角、半角

第 1 題答案 (1)(2)(4)(5)。沒有寫「°」的角一律是弧度。(1) 對:23π​≈4.71<5<2π≈6.28,5 是第四象限角,所以 tan5<0、cos5>0,點(負,正)在第二象限。(2) 對:餘弦的和角公式 cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ,取 α=3、β=2 就是這個式子。(3) 錯:成立的是 sin(π−α)=sinα;這裡的 180 是 180 弧度,取 α=0,左邊 sin180=0(180 不是 π 的整數倍),右邊是 0。(4) 對:餘角關係。(5) 對:π2=3π+π(π−3),其中 π(π−3)≈0.445,所以 cos(π2)=−cos0.445;而 0<0.445<3π​≈1.047,故 21​<cos0.445<1,得 −1<cos(π2)<−21​。
流傳版本的參考答案寫 (1)(4)(5),但選項 (2) 照所印的式子是餘弦的和角公式、恆成立,所以本頁答案多了 (2)。若原卷的 (2) 與流傳版本所印不同(例如正負號或括號內的加減不同),答案會跟著變。
第 2 題答案 (2)(5)。θ 在第四象限、tanθ=−512​,所以 sinθ=−1312​、cosθ=135​。(1) 錯:sinθ=−1312​。(2) 對:cos2θ=2cos2θ−1=16950​−1=−169119​。(3) 錯:tan2θ​=1+cosθsinθ​=18/13−12/13​=−32​。(4) 錯:43π​<2θ​<π 是第二象限角,cos2θ​=−21+cosθ​​=−139​​=−13​3​。(5) 對:sin(θ+60∘)=sinθcos60∘+cosθsin60∘=−1312​⋅21​+135​⋅23​​=2653​−12​。
半角公式開根號前,先由 θ 的範圍定出 2θ​ 在第幾象限,再決定正負號。

02多選 3~4:疊合後的圖形、平移與伸縮

第 3 題答案 (3)(4)。疊合:f(x)=2(21​sinx+23​​cosx)=2sin(x+3π​)。(1) 錯:對稱軸通過最高點或最低點,但 f(3π​)=2sin32π​=3​,不是 ±2。(2) 錯:最大值是 2。(3) 對:π<x<67π​ 時 34π​<x+3π​<23π​,正弦在 2π​ 到 23π​ 之間遞減。(4) 對:sin(x+3π​)=−23​​,而 3π​≤x+3π​<37π​,所以 x+3π​=34π​ 或 35π​,即 x=π 或 34π​,共兩個。(5) 錯:sin(x+3π​)=41​。設銳角 φ 滿足 sinφ=41​(φ<6π​),在 3π​≤x+3π​<37π​ 內的解是 x+3π​=π−φ 或 2π+φ(φ 本身小於 3π​,不在範圍內),兩個 x 的和是 3π−32π​=37π​>π。
第 (5) 不必求出 φ:兩個解相加時 φ 剛好消掉。
第 4 題答案 (1)(3)(4)。向左平移 h 是把 x 換成 x+h;水平伸縮 k 倍是把 x 換成 kx​。(1) 對:x 換成 x+5。(2) 錯:x 換成 x+3 得 y=cos2(x+3)=cos(2x+6)。(3) 對:先得 y=cos2x+1,再鉛直伸縮 21​ 倍得 y=21+cos2x​=cos2x。(4) 對:x 換成 3x​ 得 y=sin32x​。(5) 錯:先平移再伸縮得 y=sin(3x​−2);先伸縮再平移得 y=sin3x−2​=sin(3x​−32​),兩者不同。
每一次變換都只對「x 本身」做代換,不是對整個括號。
看到 asinx+bcosx 先疊合成 rsin(x+θ),對稱軸、極值、升降、解方程式都改成看一個正弦函數。

03填充 5~8:弓形面積、倍角、由圖形定係數、三角形內角

第 5 題設 BC 中點 M、AB 中點 P。以 BC 為直徑的半圓圓心是 M、半徑 4;MP=21​AC=4,所以半圓通過 P,弧 BP 凸到三角形外面。凸出的那一塊是弓形:△MBP 是邊長 4 的正三角形,圓心角 3π​,面積 =21​⋅42⋅3π​−43​​⋅42=38π​−43​。每個半圓在兩側各凸出一塊,共 6 塊;而正三角形被中點連線分成四個邊長 4 的小正三角形,每一個都落在某個半圓內,所以三角形內部全部著色。著色面積 =43​​⋅82+6(38π​−43​)=163​+16π−243​=16π−83​。
扇形面積 21​r2θ 的 θ 要用弧度,60∘ 要換成 3π​。
第 6 題直角三角形 ABD 中 tanθ=ABBD​=31​,AD=10​,所以 sinθ=10​1​、cosθ=10​3​。sin2θ=2sinθcosθ=2⋅10​1​⋅10​3​=53​。
第 7 題最大值 d+a=5、最小值 d−a=−1,得 a=3、d=2。A、B 的 y 坐標都是 2=d,是圖形由下往上穿過中線 y=2 的相鄰兩點,相距一個週期:b2π​=413π​−4π​=3π,b=32​。代入 C:3sinc+2=21​,sinc=−21​,又 −2π​<c<2π​,所以 c=−6π​。檢查 A:32​⋅4π​−6π​=0,f=3sin0+2=2,而且在這一點圖形是上升的,與圖相符。答案 (3, 32​, −6π​, 2)。
流傳版本題幹印作「且的最大值與最小值分別為 5,−1」,漏了「f(x)」,本頁已補上。A、B 都在上升的位置才是相隔一個週期;一升一降只隔半個週期。
第 8 題tanB<0,所以 B 是鈍角:sinB=54​、cosB=−53​。C 是銳角:cosC=5​2​、sinC=5​1​。A=π−(B+C),所以 cosA=−cos(B+C)=−(cosBcosC−sinBsinC)=−(−55​6​−55​4​)=55​10​=5​2​=525​​。
流傳版本的參考答案寫 5​2​,與 525​​ 同值,這裡化成分母有理化的形式。

04填充 9~12:疊合求極值、正切圖形、解方程式、正三角形條件

第 9 題f(x)=2(23​​sinx−21​cosx)=2sin(x−6π​)。0≤x≤π 時 −6π​≤x−6π​≤65π​,範圍內包含 2π​,所以最大值 M=2,發生在 x−6π​=2π​,即 θ=32π​。答案 (32π​, 2)。
第 10 題實根個數就是 y=tanx 與直線 y=x+1 在 −2π<x<2π 的交點個數。y=tanx 在這個範圍內被漸近線 x=±2π​、x=±23π​ 分成五段。完整的三段 (−23π​,−2π​)、(−2π​,2π​)、(2π​,23π​):每一段的圖形都由下方無限遠一路上升到上方無限遠,與直線各交於一點。最左邊的不完整段 (−2π,−23π​):tanx>0,但 x+1<−23π​+1<0,沒有交點。最右邊的不完整段 (23π​,2π):tanx<0,但 x+1>0,沒有交點。共 3 個實根。
兩端不完整的那兩段要另外用正負號檢查,不能直接算成各一個。
第 11 題用差角公式展開:2cos(x−6π​)=3​cosx+sinx。原式變成 sinx−3​cosx=1,疊合得 2sin(x−3π​)=1,即 sin(x−3π​)=21​。2π​<x<23π​ 時 6π​<x−3π​<67π​,範圍內只有 x−3π​=65π​(6π​ 是端點,不含),所以 x=67π​。
第 12 題最高點的 y 坐標是 a、最低點是 −a。AB 是一個週期 b2π​,C 在 AB 中點的正下方,到 AB 的距離是 2a。正三角形的高是邊長的 23​​ 倍:2a=23​​⋅b2π​,得 ab=23​π​。點 (3bπ​,4bπ​) 在圖形上:asin3π​=4bπ​,得 a=23​bπ​。代入前式:23​b2π​=23​π​,b2=3,b=3​,a=2π​。答案 (2π​, 3​)。
三角形的高是 2a(最高點到最低點的鉛直距離),不是振幅 a。
限制範圍的題目,先把 x 的範圍換成「括號裡那個角」的範圍,再看正弦在那一段的樣子。

05計算 13~14

第 13 題22+(3​)2=7,所以 ∠C=90∘,sinA=7​3​​、cosA=7​2​(這裡 A 指 ∠CAB)。D 與 C 在 AB 的異側,所以 ∠CAD=A+60∘,且 AD=AB=7​。(1) sin(A+60∘)=7​3​​⋅21​+7​2​⋅23​​=27​33​​,△ACD 面積 =21​⋅AC⋅AD⋅sin(A+60∘)=21​⋅2⋅7​⋅27​33​​=233​​。(2) cos(A+60∘)=7​2​⋅21​−7​3​​⋅23​​=−27​1​。由餘弦定理 CD2=22+(7​)2−2⋅2⋅7​⋅(−27​1​)=11+2=13,CD=13​。
A+60∘ 不是特殊角,不必求出角度,直接用和角公式算它的正弦與餘弦。
第 14 題(1) r=52+122​=13,f(x)=13(135​sinx+1312​cosx)=13sin(x+θ),其中 cosθ=135​、sinθ=1312​。由半角公式 cos22θ​=21+cosθ​=21+135​​=139​。(2) 取 θ 為銳角。0≤x≤2π​ 時 θ≤x+θ≤2π​+θ,範圍內包含 2π​,所以最大值 k=13,發生在 α+θ=2π​,即 α=2π​−θ。sin2α=sin(π−2θ)=sin2θ=2sinθcosθ=2⋅1312​⋅135​=169120​。
θ 可以相差 2π 的整數倍,但 cos22θ​ 只和 cosθ 有關,值不受影響。第 (2) 小題要先確認 2π​ 落在 x+θ 的範圍內,最大值才是 13。
計算題照順序寫:先交代角的範圍與每個三角函數值的正負,再套公式,最後寫出結論。

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