御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:弧度量、弧長與扇形面積、正弦函數的圖形與週期、週期性現象的數學模型

高雄新興高中 109 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 2 題(每題 6 分,共 12 分)、多重選擇題 2 題(每題 6 分,共 12 分)、填充題 10 題(依配分表給分,共 58 分)、計算素養題 2 題共 4 小題(共 18 分),合計 100 分。填充題的配分表:答對題數 1~10 依序得 8、16、24、30、36、42、46、50、54、58 分。原卷四大題各自從 1 編號,本頁全卷連續編號:第 3、4 題為原卷多重選擇第 1、2 題,第 5~14 題為原卷填充第 1~10 題,第 15、16 題為原卷計算第 1 題的 (1)(2)(配分 2 分、6 分),第 17、18 題為原卷計算第 2 題的 (1)(2)(配分 2 分、8 分)。填充題卷面的圖 1~圖 3 印在題目上方,本頁排在各題下方。卷頭沒有印學期,依來源的編號判定為上學期。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 6 分,共 12 分)
1
2​cos(47​π)+sin(23π​)−sin(−3π​)=
  1. (A) 0
  2. (B) 2−1​
  3. (C) 21​
  4. (D) 23​​
  5. (E) 25​
2
坐標平面上,點 (sin4, tan8) 在第幾象限內?
  1. (A) 第一象限
  2. (B) 第二象限
  3. (C) 第三象限
  4. (D) 第四象限
  5. (E) 坐標軸上
二、多重選擇題:(每題 6 分,共 12 分,答錯 1 個選項給 4 分,答錯 2 個選項給 2 分,答錯 3 個以上不給分)
3
關於三角函數的敘述下列哪些正確?
  1. (A) sin2>0
  2. (B) cos3>0
  3. (C) sin3<sin2
  4. (D) ∣cos3∣>21​
  5. (E) ∣sin3∣<∣cos3∣
4
一個彈簧振子的位移量滿足函數 h(t)=41​sin(120πt) 公分,則
  1. (A) 振幅 =21​
  2. (B) 週期 =601​
  3. (C) 週期 =60
  4. (D) 頻率 =60
  5. (E) 此位移量最大值為 41​
三、填充題:(依配分表給分,共 58 分)
5
−75∘=A 弧度,245​π=B 度,數對 (A, B)= ____。
6
鐘錶行擺放展示的時鐘或手錶最喜歡將時間調為 10 點 10 分,此時時針與分針的銳夾角換算成弧度 = ____。
7
如上圖 1,直圓錐底圓的直徑 BC=4,且 AB=12,若一隻螞蟻由 C 點沿錐面繞一圈到 D 點,已知 AD=6,求這隻螞蟻所走的最短路徑長為 ____。
載入中...
8
如上圖 2,正方形 ABCD 邊長為 6,分別以 A、B 為圓心,6 為半徑作弧 AC 與弧 BD 交於 O 點,試求 AOB 區域面積 = ____。
載入中...
9
函數 y=f(x)=sinx 鉛直伸縮 21​ 倍​ g(x) 下移 2​ h(x),請寫出 h(x)= ____。
10
將 y=sinx 的圖形先沿水平方向伸縮為原來的 21​ 倍,再往左平移 6π​ 後,得到的圖形為 y=sin(ax+b),則數對 (a, b)= ____。
11
上圖 3 為函數 y=asin(x+b)+c 之部分圖形,且 a>0,−π≤b≤π,則數對 (b, c)= ____。
載入中...
12
設 −π≤x≤π,不等式 −1≤2sinx≤1 的解為 ____。
13
方程式 sinx=πx​ 有 ____ 個實根。
14
設 −7≤x≤5,則 3sinx=2 有 ____ 個實數解。
四、計算素養題:(依配分,兩題共 18 分)
第 15~16 題為題組(原卷計算第 1 題)(第 15~16 題) 披薩(PIZZA)是全世界最受歡迎的食物之一,尤其是在美國。在美國一共有 6 萬 9 千家披薩店,每年一共會烤出 30 億份披薩,美國人平均每天會吃掉 100 英畝的披薩。披薩的尺寸指的是直徑大小,全球統一,分為 10 吋(6 片)、12 吋(8 片)以及 14 吋(8 片),不過為了迎合顧客需求,各種尺寸的披薩也都有店家販售。請問:
15
(1) 一片 12 吋的披薩面積比一片 10 吋的披薩大多少平方吋?(2 分)
16
(2) 仙道想買一個 5 吋的披薩,售價 200 元,但是店家只剩 3 吋的披薩,售價 100 元,老闆說:「賣你兩個 3 吋的披薩,剛好也是 200 元,你還多賺 1 吋呢!」你覺得老闆這樣說是對的嗎?(2 分)為什麼?(4 分)
第 17~18 題為題組(原卷計算第 2 題)(第 17~18 題) 探痣郎與妹妹迷痘子發現敵人「十二鬼月」的動向與月球亮面大小有關,決定觀察月球亮面的比例,遂在連續幾十天的每天夜晚同一時間拍攝月球,並計算月球亮面的比例,最後擬合所得的資料,繪製圖形如下圖。迷痘子發現可用正弦函數 y=asin(bx−c)+d(其中 a>0,b>0,0≤c≤2π​)來描述所觀察的資料,請問:
17
(1) 此函數的週期是 ____(2 分)
載入中...
18
(2) a、b、c、d 的值分別是多少?(8 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(D)
第 2 題(C)
第 3 題(A)(C)(D)(E)
第 4 題(B)(D)(E)
第 5 題(−125​π, 275​)
第 6 題3623​π(即 115∘;兩針的夾角是鈍角,卷面印作「銳夾角」,見詳解)
第 7 題63​
第 8 題12π−93​(若只算三角形 AOB 是 93​,見詳解)
第 9 題21​sinx−2
第 10 題(2, 3π​)(照題目作法得到的一組,其他寫法見詳解)
第 11 題(−2π​, 1)
第 12 題−π≤x≤−65π​ 或 −6π​≤x≤6π​ 或 65π​≤x≤π
第 13 題3
第 14 題4
第 15 題3π​ 平方吋(一片指切開後的一片;若讀成整個披薩則是 11π 平方吋,見詳解)
第 16 題不對。兩個 3 吋披薩的面積合計 29​π 平方吋,比一個 5 吋披薩的 425​π 平方吋小
第 17 題28(日)
第 18 題a=21​,b=14π​,c=143π​,d=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單選第 1、2 題:弧度特別角的函數值、弧度角所在的象限

第 1 題答案 (D)。逐項算:47​π=315∘ 是第四象限角,參考角 45∘,cos47​π=22​​,所以 2​cos47​π=2​×22​​=1。23π​=270∘,sin23π​=−1。−3π​=−60∘ 是第四象限角,sin(−3π​)=−23​​。原式 =1+(−1)−(−23​​)=23​​。
最後一項是「減去負的」,會變成加。
第 2 題答案 (C)。沒有寫「°」的角都是弧度。4 介於 π≈3.14 與 23π​≈4.71 之間,是第三象限角,sin4<0。8 減去一圈 2π≈6.28 剩下約 1.72,介於 2π​≈1.57 與 π≈3.14 之間,是第二象限角,正切為負,tan8<0。x 坐標與 y 坐標都是負的,點在第三象限。
數值約為 (−0.757, −6.800)。
判斷弧度角的象限,就拿它和 2π​≈1.57、π≈3.14、23π​≈4.71、2π≈6.28 比;超過一圈先減 2π。

02多重選擇第 1、2 題(本頁第 3、4 題):弧度角比大小、彈簧振子

第 3 題答案 (A)(C)(D)(E)。先定位:2π​≈1.57、32π​≈2.09、65π​≈2.62、π≈3.14,所以 2π​<2<32π​,65π​<3<π,2 與 3 都是第二象限角。在第二象限,角愈大,正弦值愈小(由 1 降到 0),餘弦值也愈小(由 0 降到 −1)。因此 sin2>sin32π​=23​​,0<sin3<sin65π​=21​,cos3<cos65π​=−23​​。 (A) 正確。 第二象限角的正弦為正。 (B) 錯誤。 第二象限角的餘弦為負,cos3<0。 (C) 正確。 sin3<21​<23​​<sin2。 (D) 正確。 cos3<−23​​,所以 ∣cos3∣>23​​>21​。 (E) 正確。 ∣sin3∣<21​ 而 ∣cos3∣>23​​,所以 ∣sin3∣<∣cos3∣。
數值約為 sin2≈0.909、sin3≈0.141、cos3≈−0.990。3 弳很接近 π,所以正弦接近 0、餘弦接近 −1。
第 4 題答案 (B)(D)(E)。h(t)=41​sin(120πt)。 (A) 錯誤。 振幅是 sin 前面的係數 41​,不是 21​。 (B) 正確。 週期 =120π2π​=601​。 (C) 錯誤。 週期是 601​,60 是頻率。 (D) 正確。 頻率是週期的倒數,等於 60。 (E) 正確。 sin(120πt) 最大是 1,位移量最大值是 41​×1=41​。
y=asinbt(a>0、b>0)的振幅是 a、週期是 b2π​、頻率是 2πb​。選項 (A) 的 21​ 是最大值與最小值的差。
弧度角比大小,先找出它夾在哪兩個特別角之間;振幅看 sin 前面的係數,週期看變數前面的係數。

03填充第 1、2 題(本頁第 5、6 題):度與弧度互換、時鐘

第 5 題180∘=π 弧度。−75∘=−75×180π​=−125​π,所以 A=−125​π。245​π=245​×180∘=37.5∘,所以 B=275​。數對 (A, B)=(−125​π, 275​)。
B 寫成 37.5 也可以。
第 6 題從 12 的位置順時針量:分針在 10 分,指著 2,位置是 60∘。時針每小時走 30∘、每分鐘走 0.5∘,10 點 10 分時的位置是 10×30∘+10×0.5∘=305∘。兩針相差 305∘−60∘=245∘,取較小的那一側:360∘−245∘=115∘。換成弧度是 115×180π​=3623​π。
卷面寫「銳夾角」,但 10 點 10 分時兩針的夾角 115∘ 是鈍角,這裡照題幹的時刻算出兩針的夾角(較小的那一個)。若把兩針看成兩條直線,直線所夾的銳角是 180∘−115∘=65∘(即 3613​π)。本卷沒有學校公布的答案,兩種看法都列出。
度與弧度互換只記 180∘=π 弧度;時鐘題把兩針的位置都換成「從 12 順時針幾度」再相減。

04填充第 3、4 題(本頁第 7、8 題):圓錐上的最短路徑、正方形內的兩弧

第 7 題沿母線 AC 把圓錐的側面剪開攤平,得到一個扇形:半徑是母線長 12(直圓錐的母線等長,AC=AB=12),弧長是底圓的圓周長 2π×2=4π(底圓直徑 4,半徑 2)。由弧長 s=rθ 得圓心角 θ=124π​=3π​。攤平後,剪開的母線變成扇形的兩條邊,C 在其中一條邊的端點;螞蟻繞一圈後到達的 D 在另一條邊上,與圓心 A 的距離是 6。錐面上的最短路徑攤平後是直線段 CD。在三角形 ACD 中,AC=12、AD=6、夾角 3π​,由餘弦定理 CD2=122+62−2×12×6×cos3π​=144+36−72=108,所以 CD=108​=63​。
約 10.39。也可以看出這是 30∘–60∘–90∘ 的直角三角形:夾角 60∘ 的兩邊是 12 與 6(二比一),所以 ∠ADC=90∘,CD=63​。
第 8 題弧 BD 以 A 為圓心、弧 AC 以 B 為圓心,半徑都是 6。交點 O 同時在兩弧上,所以 AO=BO=6=AB,△AOB 是正三角形,∠OAB=∠OBA=3π​。AOB 區域是由 AB、弧 AO、弧 BO 圍成的區域,它等於以 A 為圓心的扇形 ABO 加上以 B 為圓心的扇形 BAO,再扣掉重複算的正三角形 AOB:2×21​×62×3π​−43​​×62=12π−93​。
約 22.11。原卷的圖沒有畫出線段 AO、BO,所以「AOB 區域」依圖取兩弧與 AB 圍成的區域;若只算正三角形 AOB,面積是 93​。
圓錐側面展開成扇形:扇形半徑=母線長,扇形弧長=底面圓周長;錐面上的最短路徑就是展開圖上的直線段。

05填充第 5~7 題(本頁第 9~11 題):伸縮與平移、由圖形定係數

第 9 題鉛直伸縮為 21​ 倍,是把每個 y 值乘以 21​:g(x)=21​sinx。再向下平移 2 單位,是把每個 y 值減 2:h(x)=21​sinx−2。
鉛直方向的伸縮與平移都寫在整個函數值上,x 不變。
第 10 題沿水平方向伸縮為原來的 21​ 倍,是把 x 換成 2x:y=sin2x(週期由 2π 變成 π)。再往左平移 6π​,是把 x 換成 x+6π​:y=sin2(x+6π​)=sin(2x+3π​)。所以 (a, b)=(2, 3π​)。
平移時是把「x」換掉,所以 6π​ 要乘上前面的 2,b 是 3π​ 不是 6π​。這是照題目的作法直接得到的一組。題目沒有限制 a、b 的範圍,所以還有別的寫法:b 加上 2π 的整數倍是同一個圖形;a 也可以是負的,由補角關係 sinθ=sin(π−θ),sin(2x+3π​)=sin(π−2x−3π​)=sin(−2x+32π​),所以 (−2, 32π​)(b 再加 2π 的整數倍)也是同一個圖形。
第 11 題由圖,最大值是 3、最小值是 −1。因為 a>0,c+a=3、c−a=−1,解得 c=1、a=2。最高點在 x=π,所以 sin(π+b)=1,π+b=2π​+2kπ(k 是整數),b=−2π​+2kπ;在 −π≤b≤π 的範圍內只有 b=−2π​。所以 (b, c)=(−2π​, 1)。
檢查:y=2sin(x−2π​)+1 在 x=0 與 x=2π 時都是 2×(−1)+1=−1,與圖上的最低點相符。也可以看成 y=2sinx+1 的圖形向右平移 2π​。
y=asin(x+b)+c(a>0):中心線是 y=c、振幅是 a,b 用最高點的位置來定。

06填充第 8~10 題(本頁第 12~14 題):用正弦圖形解不等式、數交點

第 12 題各項同除以 2:−21​≤sinx≤21​。在 −π≤x≤π 畫出 y=sinx 與兩條水平線 y=21​、y=−21​。sinx=21​ 的解是 x=6π​、65π​;sinx=−21​ 的解是 x=−6π​、−65π​。圖形夾在兩條水平線之間(含線上)的部分有三段:從 x=−π(sinx=0)往右降到 −21​ 的 −π≤x≤−65π​;中間由 −21​ 升到 21​ 的 −6π​≤x≤6π​;以及由 21​ 降回 0 的 65π​≤x≤π。
−65π​<x<−6π​ 時 sinx<−21​,6π​<x<65π​ 時 sinx>21​,這兩段不合。靠近 ±π 的兩段容易漏掉。
第 13 題實根就是 y=sinx 與直線 y=πx​ 的交點。−1≤sinx≤1,所以交點只可能在 −π≤x≤π 之間。先看 x≥0:x=0 時兩邊都是 0,是一個交點。在 0<x<π,正弦圖形是一個拱形,直線由 0 升到 1;在 x=2π​ 時 sinx=1 比直線的 21​ 高,在 x=π 時 sinx=0 比直線的 1 低,所以拱形在這一段與直線有交點。而且只有一個:在 0<x≤2π​ 這一段,正弦圖形向上凸,位在連接 (0, 0) 與 (2π​, 1) 的線段 y=π2x​ 的上方或線上,比直線 y=πx​ 高,沒有交點;在 2π​<x<π 這一段,正弦值一路下降、直線一路上升,所以只交一點。x>π 時直線的高度超過 1,沒有交點。兩個圖形都對稱於原點,所以 x<0 的部分也恰有一個交點。共 1+1+1=3 個實根。
三個根是 x=0 與 x≈±2.31。別漏掉 x=0 與負的那一個。
第 14 題3sinx=2 就是 sinx=32​,看 y=sinx 與水平線 y=32​ 在 −7≤x≤5 的交點。sinx>0 的區間是 0<x<π、−2π<x<−π、2π<x<3π 等等,每個區間的圖形是一個拱形,與 y=32​ 各交兩點。0<x<π(約 0 到 3.14)與 −2π<x<−π(約 −6.28 到 −3.14)都完全落在 −7≤x≤5 裡,共 4 個交點。下一個拱形從 2π≈6.28 才開始,已超過 5;再往左的拱形在 −4π≈−12.57 到 −3π≈−9.42,也在範圍外。所以共有 4 個實數解。
四個解約為 x≈−5.55、−3.87、0.73、2.41。−7 到 −2π 與 π 到 5 這兩小段 sinx<0,沒有解。
方程式或不等式的解用圖形看:先畫 y=sinx,再畫另一邊的直線,數交點或找夾在中間的區段。

07計算第 1 題(本頁第 15、16 題):披薩的面積

第 15 題披薩的尺寸是直徑。12 吋的披薩半徑 6 吋,切成 8 片,一片的面積是 8π×62​=836π​=29π​。10 吋的披薩半徑 5 吋,切成 6 片,一片的面積是 6π×52​=625π​。相差 29π​−625π​=627π−25π​=3π​(平方吋)。
約 1.05 平方吋。每一片是扇形,也可以用扇形面積 21​r2θ 算:21​×62×82π​=29π​、21​×52×62π​=625π​。這裡依題組敘述的「12 吋(8 片)、10 吋(6 片)」,把「一片」讀成切開後的一片;若把「一片」讀成一整個披薩,答案是 36π−25π=11π 平方吋。本卷沒有學校公布的答案,兩種讀法都列出。
第 16 題不對。披薩的大小要比面積,不能把直徑直接相加。一個 5 吋的披薩半徑是 25​ 吋,面積 π×(25​)2=425​π 平方吋。一個 3 吋的披薩半徑是 23​ 吋,面積 π×(23​)2=49​π 平方吋,兩個合計 29​π 平方吋。29​π=4.5π<6.25π=425​π,兩個 3 吋披薩比一個 5 吋披薩少了 47​π 平方吋(約 5.5 平方吋),同樣花 200 元,吃到的反而比較少。
面積與直徑的平方成正比:32+32=18<25=52。兩個 3 吋披薩只有一個 5 吋披薩的 2518​,也就是七成二。
圓與扇形的大小看面積,面積與半徑(直徑)的平方成正比,不是與直徑成正比。

08計算第 2 題(本頁第 17、18 題):月球亮面比例的週期模型

第 17 題由圖,最高點是 (10, 1),接下來的最低點在 x=24(圖形在那裡碰到 x 軸)。相鄰的最高點與最低點相隔半個週期,所以半個週期是 24−10=14,週期是 28(日)。
用另一個點檢查:最高點 (10, 1) 往右到中心線上的點 (17, 21​) 是四分之一個週期,17−10=7,週期 =4×7=28,兩種算法一致。
第 18 題最大值是 1、最小值是 0。因為 a>0,d+a=1、d−a=0,解得 a=21​、d=21​。由上一小題週期是 28,b>0,b2π​=28,b=14π​。最高點在 x=10,所以 sin(1410π​−c)=1,75π​−c=2π​+2kπ(k 是整數),c=75π​−2π​−2kπ=143π​−2kπ;在 0≤c≤2π​ 的範圍內只有 c=143π​。所以 a=21​,b=14π​,c=143π​,d=21​。
檢查:y=21​sin(14πx​−143π​)+21​ 在 x=17 時,括號裡是 1417π−3π​=π,y=21​;在 x=24 時,括號裡是 1421π​=23π​,y=−21​+21​=0,都與圖相符。
由圖形定 y=asin(bx−c)+d:最大最小值定 a、d,最高點到最低點的距離定週期與 b,最高點的位置定 c。

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第 3 題沒有度的記號的 2、3 都是弧度,要拿它們和六分之五圓周率這類特別角比大小;第 7 題要把圓錐側面攤開成扇形,最短路徑是扇形上的直線段;第 12 題別漏掉靠近正負圓周率的那兩段;第 14 題要看清楚範圍裡正弦值為正的區間有幾個;第 15 題的一片是切開後的一片,兩種披薩切的片數不同。詳解逐題寫在本頁。

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可以,免註冊。PDF 是 A4 考卷格式,填充與計算題留了作答空間,最後幾頁是答案與逐題詳解。

題目取自高雄新興高中 109 學年度上學期 高二第一次段考 數學B,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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