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)

鳳山高中 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

填充題(I) 1 題共 5 格、多重選擇題 3 題、填充題(II) 9 題;卷面未印配分。※可使用計算機

一、填充題(I)(原卷第 1 題的 5 個小題,本頁編為第 1~5 題)
填充題(I) 第 1 題(第 1~5 題) 求下列 f(x) 之週期:
1
____ f1​(x)=∣2sinx+5∣
2
____ f2​(x)=sinx+cosx
3
____ f3​(x)=sinx1−cosx​
4
____ f4​(x)=sinxcosx
5
____ f5​(x)=cos(sinx)
二、多重選擇題(原卷題號 1~3,本頁接續編為第 6~8 題)
6
設 a>0,令 A(a) 表示 x 軸與 y 軸與直線 x=a 以及函數 y=2025+sinx 之圖形所圍成區域之面積,則下列何者為真?
  1. (1) A(a)<A(a+2π)
  2. (2) A(2π)=2A(π)
  3. (3) A(6π)=3A(2π)
  4. (4) A(3π)−A(2π)=A(π)
  5. (5) A(2026π)−A(2024π)=A(1026π)−A(1024π)
7
△ABC 內切圓半徑 =1,內切圓切 AC 於 D,切 AB 於 E,已知 AD=p,BE=q,則下列何者正確?
  1. (1) tanA=p1​
  2. (2) tan2B​=q1​
  3. (3) sinA=1+p22p​
  4. (4) cosB=1+q21−q2​
  5. (5) △ABC 面積 =pq−1pq(p+q)​
8
sin178∘=a,cos187∘=b,則下列何者正確?
  1. (1) −b1−a2​+a1−b2​≥0
  2. (2) ab−1−a2​1−b2​≥0
  3. (3) a+b≥0
  4. (4) 1−b2​−1−a2​≥0
  5. (5) 1−a2​1−b2​​≥1
三、填充題(II)(原卷題號 1~9,本頁接續編為第 9~17 題)
9
將函數 y=sinx 先向右平移 3 單位,再水平伸縮 2 倍,則函數變為 y=sin(ax+b),求 (a,b)= ____。將函數 y=sinx 先水平伸縮 2 倍,再向右平移 3 單位,則函數變為 y=sin(cx+d),求 (c,d)= ____。
10
θ∈R,則 f(θ)=2cosθ+33sinθ+2​ 之最大值為 ____。
11
若 f(x)=asinx+b3x​+4(a、b∈R),已知 f(cos113∘)=5,則 f(cos293∘)= ____。
12
若函數 f(x)=5.6sin(7π​x−14π​)+12.1,則 (1) f(0)= ____ (2) f(6)−f(5)= ____(題 (1)(2) 均四捨五入至小數第二位)
13
扇形 OAB 中,O 為圓心,令 OA=OB=r,∠AOB=60∘,若 P 為 AB⌢ 上任意一點,且 P 至 OA、OB 之垂直距離為 a、b,則以 a、b 表示 r= ____。
14
cos7π​cos72π​cos73π​= ____。
15
令 E={x∣0<x<2π, tan2x=3tanx},令 a 表集合 E 內之元素個數,b 表集合 E 內所有元素之算術平均數,則 (a,b)= ____。
16
扇形 OAB 之周長 =4,則在中心角 ∠AOB= ____ 時,扇形 OAB 有最大面積 = ____。
17
已知 sinθ=−32​,且 cosθ>0,求 (sin2θ,cos2θ)= ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題2π
第 2 題2π
第 3 題2π
第 4 題π
第 5 題π
第 6 題(1)(3)(4)(5)
第 7 題(2)(3)(5)
第 8 題(1)
第 9 題(a,b)=(21​,−3);(c,d)=(21​,−23​)
第 10 題56+61​​
第 11 題3
第 12 題(1) 10.85;(2) −1.55
第 13 題323​​a2+ab+b2​
第 14 題81​
第 15 題(5,π)
第 16 題∠AOB=2(弧度);最大面積 =1
第 17 題(−945​​,91​)
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01填充題(I)(第 1~5 題):先化簡,再看週期

第 1 題−1≤sinx≤1,所以 3≤2sinx+5≤7,恆為正,絕對值可以直接拿掉:f1​(x)=2sinx+5。它是 y=sinx 鉛直伸縮 2 倍再向上平移 5,週期不變,為 2π。
加絕對值會讓週期減半,是在圖形有一部分在 x 軸下方、被翻上來時才會發生(例如 ∣sinx∣);這裡整個圖形都在 x 軸上方,沒有東西被翻。
第 2 題疊合:f2​(x)=2​(sinxcos4π​+cosxsin4π​)=2​sin(x+4π​)。這是 y=sinx 經平移與鉛直伸縮,週期為 2π。
第 3 題用倍角公式把 x 看成 2⋅2x​:1−cosx=2sin22x​,sinx=2sin2x​cos2x​,所以 f3​(x)=2sin2x​cos2x​2sin22x​​=tan2x​(sinx=0)。y=tanx 的週期是 π,y=tan2x​ 是它水平伸縮 2 倍,週期為 2π。
定義域是 x=kπ(k 為整數),平移 2π 後定義域不變,所以 2π 確實是週期。
第 4 題由倍角公式 sin2x=2sinxcosx,得 f4​(x)=21​sin2x,週期為 22π​=π。
第 5 題f5​(x+π)=cos(sin(x+π))=cos(−sinx)=cos(sinx)=f5​(x),所以 π 是一個週期。再確認沒有更小的:f5​(x)=1 時 cos(sinx)=1,而 −1≤sinx≤1,在這個範圍內餘弦值為 1 只有 sinx=0,即 x=kπ(k 為整數)。函數值等於 1 的位置每隔 π 才出現一次,所以週期不會比 π 小。週期為 π。
sinx 的週期是 2π,但外面套的餘弦是偶函數,把 sinx 與 −sinx 看成一樣,週期就縮成一半。
求週期先把式子化成單一個三角函數;化不掉的,用定義驗 f(x+T)=f(x),再找一個特別的函數值確認沒有更小的週期。

02多重選擇 1(第 6 題):用週期性與對稱性比面積

第 6 題答案 (1)(3)(4)(5)。y=2025+sinx≥2024>0,圖形都在 x 軸上方,A(a) 就是 0 到 a 之間曲線下的面積,而且 A(v)−A(u) 是 u 到 v 之間曲線下的面積。函數的週期是 2π,所以任何一段長 2π 的區間,曲線下的面積都相同,等於 A(2π)。(1) 對:A(a+2π)−A(a) 是 a 到 a+2π 的面積,為正。(2) 錯:設 y=sinx 在 0 到 π 之間與 x 軸所圍面積為 S(S>0)。0 到 π 之間曲線在 y=2025 上方,A(π)=2025π+S;π 到 2π 之間 sin(x+π)=−sinx,曲線在 y=2025 下方,少掉同樣大小的一塊,面積是 2025π−S。所以 A(2π)=4050π,而 2A(π)=4050π+2S,不相等。(3) 對:0 到 6π 分成三段長 2π 的區間,A(6π)=3A(2π)。(4) 對:A(3π)−A(2π) 是 2π 到 3π 的面積,把圖形向左平移 2π 就是 0 到 π 的面積 A(π)。(5) 對:兩邊都是一段長 2π 的區間的面積,都等於 A(2π)。
流傳版本題幹選項 (4) 印作「A(3π)−A(2π)−A(π)」,不成一個敘述;依答案應為「A(3π)−A(2π)=A(π)」,本頁題幹已照此更正。

03多重選擇 2、3(第 7、8 題):內切圓的半角、化成銳角判斷正負

第 7 題答案 (2)(3)(5)。設內心為 I,ID⊥AC、IE⊥AB,ID=IE=1,且 AI、BI 分別平分 ∠A、∠B;切線段等長,AE=AD=p。直角三角形 AID 中 AI=p2+1​,sin2A​=p2+1​1​,cos2A​=p2+1​p​,tan2A​=p1​;同理直角三角形 BIE 中 tan2B​=q1​,(2) 對。(1) 錯:p1​ 是 tan2A​,不是 tanA。(3) 對:sinA=2sin2A​cos2A​=p2+12p​。(4) 錯:cosB=cos22B​−sin22B​=q2+1q2​−q2+11​=q2+1q2−1​,與選項差一個負號(只有 q=1 時兩者才相等,一般不成立)。(5) 對:設內切圓切 BC 於 F,CD=CF=t,則 tan2C​=t1​。因為 2A​+2B​+2C​=90∘,tan2C​=tan(2A​+2B​)1​,所以 t=tan(2A​+2B​)=1−pq1​p1​+q1​​=pq−1p+q​。三邊長的和是 2(p+q+t),面積 =21​×1×2(p+q+t)=p+q+pq−1p+q​=pq−1pq(p+q)​。
面積用「內切圓半徑 × 周長的一半」;2A​+2B​<90∘,正切為正,所以 pq>1,分母不會是 0 或負的。
第 8 題答案 (1)。先化成銳角:a=sin178∘=sin2∘,b=cos187∘=−cos7∘。於是 1−a2​=cos2∘,1−b2​=1−cos27∘​=sin7∘。(1) 對:−b1−a2​+a1−b2​=cos7∘cos2∘+sin2∘sin7∘=cos(7∘−2∘)=cos5∘>0。(2) 錯:ab−1−a2​1−b2​=−sin2∘cos7∘−cos2∘sin7∘=−sin9∘<0。(3) 錯:a+b=sin2∘−cos7∘=sin2∘−sin83∘<0。(4) 錯:sin7∘−cos2∘=sin7∘−sin88∘<0。(5) 錯:cos2∘sin7∘​=sin88∘sin7∘​<1。
根號開出來一定取正的:1−b2​ 是 sin7∘,不要寫成 sin187∘(那是負的)。

04填充題(II) 1~4(第 9~12 題):平移伸縮、疊合求極值、奇函數、計算機

第 9 題向右平移 3 是把 x 換成 x−3;以 y 軸為準水平伸縮 2 倍是把 x 換成 2x​。先平移再伸縮:sinx→sin(x−3)→sin(2x​−3),(a,b)=(21​,−3)。先伸縮再平移:sinx→sin2x​→sin2x−3​=sin(2x​−23​),(c,d)=(21​,−23​)。
每一步都只對 x 本身代換。順序不同,結果就不同:先平移的 3 會跟著被拉成 6,所以 sin(2x​−3)=sin2x−6​ 相當於最後向右平移了 6。
第 10 題分母 2cosθ+3≥1>0。令 k=2cosθ+33sinθ+2​,去分母整理得 3sinθ−2kcosθ=3k−2。左邊疊合後的範圍是 −9+4k2​ 到 9+4k2​,要有 θ 滿足等式,必須 ∣3k−2∣≤9+4k2​。平方:9k2−12k+4≤9+4k2,即 5k2−12k−5≤0,解得 56−61​​≤k≤56+61​​。最大值為 56+61​​(約 2.76)。
只要 ∣3k−2∣≤9+4k2​,疊合後的正弦方程式就有解,所以端點的值取得到。
第 11 題令 g(x)=asinx+b3x​,則 g(−x)=−asinx−b3x​=−g(x),g 是奇函數,而 f(x)=g(x)+4。cos113∘=−cos67∘,cos293∘=cos(360∘−67∘)=cos67∘,兩個數互為相反數。設 c=cos67∘:f(−c)=g(−c)+4=5,得 g(−c)=1,所以 g(c)=−1,f(c)=−1+4=3。
不需要求出 a、b;f(c)+f(−c)=8 對任何 c 都成立。
第 12 題計算機切到弧度(或把 14π​ 換成 14180∘​≈12.857∘)。(1) f(0)=5.6sin(−14π​)+12.1=12.1−5.6sin14π​≈12.1−5.6×0.22252≈10.854,四捨五入得 10.85。(2) f(6)=5.6sin1411π​+12.1,f(5)=5.6sin149π​+12.1,相減時 12.1 消掉:f(6)−f(5)=5.6(sin1411π​−sin149π​)≈5.6×(0.62349−0.90097)=5.6×(−0.27748)≈−1.5539,四捨五入得 −1.55。
流傳版本的參考答案第 (2) 格寫 −1.54,但直接計算為 −1.5539…,四捨五入至小數第二位是 −1.55;本站答案寫 −1.55。中間的正弦值多留幾位,最後一步才四捨五入。

05填充題(II) 5~7(第 13~15 題):差角公式、連乘餘弦、正切二倍角

第 13 題設 ∠POA=θ,則 ∠POB=60∘−θ,OP=r。P 到 OA 的距離 a=rsinθ,到 OB 的距離 b=rsin(60∘−θ)=r(23​​cosθ−21​sinθ)=23​​rcosθ−2a​。所以 rcosθ=3​a+2b​。再用 r2=(rsinθ)2+(rcosθ)2=a2+3(a+2b)2​=34(a2+ab+b2)​,得 r=3​2​a2+ab+b2​=323​​a2+ab+b2​。
流傳版本的參考答案寫成 3​2​a2+ab+b2​,與本站答案相等,只是分母有沒有有理化。可用 P=A 檢查:a=0、b=rsin60∘=23​​r,代回得 3​2​⋅23​​r=r。
第 14 題cos73π​=cos(π−74π​)=−cos74π​,所以原式 =−cos7π​cos72π​cos74π​,角度一個是前一個的兩倍。令 M=cos7π​cos72π​cos74π​,乘上 sin7π​ 後連續用 sinαcosα=21​sin2α:sin7π​⋅M=21​sin72π​cos72π​cos74π​=41​sin74π​cos74π​=81​sin78π​=−81​sin7π​。所以 M=−81​,原式 =−M=81​。
三個角都是銳角,餘弦都為正,答案應為正;用計算機核對:0.90097×0.62349×0.22252≈0.125。
第 15 題令 t=tanx,由正切的二倍角公式 tan2x=1−t22t​,方程式成為 1−t22t​=3t。t=0 是解;t=0 時 2=3(1−t2),t2=31​,t=±3​1​(都滿足 t2=1)。在 0<x<2π 內:tanx=0 得 x=π;tanx=3​1​ 得 x=6π​、67π​;tanx=−3​1​ 得 x=65π​、611π​。共 5 個,a=5。總和 =π+6π​+65π​+67π​+611π​=5π,平均 b=π。所以 (a,b)=(5,π)。
x=0 與 x=2π 不在範圍內,tanx=0 只剩 x=π 一個解,別漏掉也別多算。五個解對稱於 x=π,平均數就是 π。

06填充題(II) 8、9(第 16、17 題):扇形面積的最大值、二倍角公式

第 16 題設半徑 r、中心角 θ(弧度),弧長 rθ。周長 2r+rθ=4,所以 rθ=4−2r(0<r<2)。面積 =21​r2θ=21​r(4−2r)=2r−r2=−(r−1)2+1。當 r=1 時面積最大,最大值 1;此時 θ=r4−2r​=2(弧度)。
中心角 2 是弧度,約 114.6∘;此時弧長 2 恰好等於兩條半徑的和。
第 17 題cosθ>0,所以 cosθ=1−(−32​)2​=35​​。sin2θ=2sinθcosθ=2×(−32​)×35​​=−945​​;cos2θ=1−2sin2θ=1−98​=91​。所以 (sin2θ,cos2θ)=(−945​​,91​)。
檢查:(945​​)2+(91​)2=8180+1​=1。
式子裡同時出現 x 與 2x(或一串成兩倍的角)時,先想倍角公式把角統一。

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填充題一的第 5 小題(本頁第 5 題)外層是偶函數,週期會縮成一半;多重選擇第 1 題(第 6 題)半個週期的面積不是整個週期的一半;多重選擇第 2 題(第 7 題)要先看出半角的正切,再用倍角公式與三個半角的和求面積;填充題二的第 2 題(第 10 題)要把分式改寫後用疊合的範圍列不等式;第 7 題(第 15 題)正切為零在範圍內只有一個解。詳解逐題寫在本頁。

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