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、指數與指數函數

高雄新興高中 110 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 20 題,照原卷順序

多重選擇題 3 題(每題 6 分,共 18 分)、填充題 10 題共 12 格(每格 5 分,共 60 分)、計算題 2 題共 5 格(共 22 分),合計 100 分。本頁第 4~6 題為原卷填充第 1 題的三格,第 7~15 題為填充第 2~10 題;第 16、17 題為計算第 1 題的 (1)(2),配分 5 分、6 分;第 18~20 題為計算第 2 題的 (1)(2)(3),前兩格合計 6 分、第三格 5 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、多重選擇題:18%(每題 6 分;錯一個得 4 分,錯兩個得 2 分,錯三個全錯)
1
下列哪些選項的值為正?
  1. (A) sin10
  2. (B) sin20
  3. (C) cos10
  4. (D) cos20
  5. (E) tan10
2
有關 y=f(x)=2sin(3x−6π​)−1(x 為實數)之圖形,下列敘述何者正確?
  1. (A) 週期為 32π​
  2. (B) −2≤f(x)≤2
  3. (C) f(x) 在 x=95π​ 時有最小值
  4. (D) 其圖形對稱於直線 x=95π​
  5. (E) 其圖形會與 y=2sin(3x) 向右 6π​ 單位,再向下 1 單位重合
3
如圖為某正弦波 y=asin(bx+6π​) 的圖形,x 軸上每小格是 9π​ 單位,其中 a,b 都是正數,下列何者正確?
  1. (A) 週期 =3π​
  2. (B) 頻率 =π3​
  3. (C) a=2
  4. (D) b=3
  5. (E) 所有的實數 x,皆滿足 f(x)=f(x+2π)
載入中...
二、填充題:60%(每格 5 分,共 12 格)
第 4~6 題為題組(原卷填充第 1 題)(第 4~6 題) 試求下列的值:
4
(1) −240∘= ____ 弳
5
(2) 3 弳 = ____ 度
6
(3) sin32π​⋅cos6π​+cos23π​⋅sin65π​+tan4π​⋅sin67π​= ____
7
若 23×8−2×3162​=2k,則 k= ____
8
一直圓錐的底面半徑為 3,高為 4,若將此直圓錐沿一斜高剪開成一扇形,此扇形圓心角 θ 為 ____
載入中...
9
在三點半時,鐘面上時針與分針所夾的銳角為 ____
載入中...
10
如圖,半徑分別為 3 及 1 之兩圓 C1​ 及 C2​ 外切於 P 點,圓心分別為 O1​ 及 O2​,設一外公切線段為 AB,A、B 分別表切點,則陰影部分的面積為 ____
載入中...
11
我國農曆以天干(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸),地支(子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥)記年,即甲子、乙丑、…,以 60 年為一週期,俗稱一甲子;例如民國 73 年為甲子年,民國 74 年為乙丑年,民國 75 年為丙寅年,而今年民國 110 年是辛丑年,試求民國 200 年的農曆記年應為 ____ 年
12
將 Γ1​:y=f1​(x)=sinx 圖形上所有點的橫坐標都以 y 軸為中心,壓縮為原來的三分之一倍,得到 Γ2​:y=f2​(x) 函數;再將 Γ2​ 圖形向右平移 3π​ 得到 Γ3​:y=f3​(x);最後將 Γ3​ 圖形上所有點的縱坐標都以 x 軸為中心,伸長為原來的二倍,得到 Γ4​:y=f4​(x)=asin(bx−c),則 (a, b, c)= ____
13
指數函數 y=ax、y=bx、y=cx、y=dx 的圖形分別是右圖的甲、乙、丙、丁,試比較 a,b,c,d 四個數的大小關係為 ____
載入中...
14
設 0≤x≤2π,若 sinx≤−22​​,則 x 的範圍為 ____
15
方程式 sinx=πx​ 共有 ____ 個實數解.
三、計算題:22%(計算題請詳列計算過程,否則不予計分)
第 16~17 題為題組(原卷計算第 1 題)(第 16~17 題) 新興遊樂場有座圓形摩天輪直徑為 50 公尺,其圓心離地面 30 公尺,並且依逆時針方向等速率運轉,每轉一圈需時 15 分鐘。甲生在摩天輪最低位置時入座,則:
16
(1) 甲生入座 10 分鐘後離地面的高度為 ____ 公尺。(5%)
載入中...
17
(2) 若甲生入座 x 分鐘後,離地面的高度可表為 asin(bx−2π​)+c 公尺,a>0,b>0,則序組 (a, b, c)= ____(6%)
第 18~20 題為題組(原卷計算第 2 題)(第 18~20 題) 右圖為某種病毒在血液中的濃度(y 萬個/ml)與用藥時間(x 月)的關係圖。設其關係為指數函數 y=k⋅ax,k 是常數。試問
18
(1) k= ____
載入中...
19
(2) a= ____((1)(2) 合計 6%)
20
(3) 用藥時間在第 6 個月時,病毒的濃度為 ____ 個/ml(5%)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(B)(D)(E)
第 2 題(A)(C)(D)
第 3 題(C)(D)(E)
第 4 題−34​π
第 5 題π540​
第 6 題41​
第 7 題−31​
第 8 題56​π 弳(即 216∘)
第 9 題75∘(即 125​π 弳)
第 10 題43​−611​π
第 11 題辛未
第 12 題(2, 3, π)(c 可相差 2π 的整數倍)
第 13 題b<a<d<c
第 14 題45​π≤x≤47​π
第 15 題3
第 16 題285​(即 42.5)
第 17 題(25, 152π​, 30)
第 18 題16
第 19 題21​
第 20 題2500
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01多重選擇第 1~3 題:弧度角的象限、正弦函數的性質、由圖形定係數

第 1 題答案 (B)(D)(E)。卷面的 10、20 沒有寫「°」,都是弧度。用 π≈3.14:2π​≈1.57、23π​≈4.71、2π≈6.28。 10 減去一圈 2π 剩下約 3.72,介於 π 與 23π​ 之間,是第三象限角:正弦、餘弦為負,正切為正。所以 (A) sin10<0 不選,(C) cos10<0 不選,(E) tan10>0 要選。 20 減去三圈 6π≈18.85 剩下約 1.15,介於 0 與 2π​ 之間,是第一象限角:正弦、餘弦都是正的。所以 (B) sin20>0、(D) cos20>0 都要選。
數值約為 sin10≈−0.54、sin20≈0.91、cos10≈−0.84、cos20≈0.41、tan10≈0.65。卷面這五個選項都沒有印度的記號(同一份卷填充第 1 題的 −240∘ 有印),所以照弧度讀;若當成度,五個值都是正的。
第 2 題答案 (A)(C)(D)。(A) 對:x 的係數是 3,週期 =32π​。(B) 錯:−1≤sin(3x−6π​)≤1,乘以 2 再減 1,得 −3≤f(x)≤1。(C) 對:x=95π​ 時,括號內是 35π​−6π​=610π​−6π​=23π​,sin23π​=−1,所以 f(95π​)=−3,正是最小值。(D) 對:正弦函數的圖形以通過最高點或最低點的鉛直線為對稱軸,由 (C),x=95π​ 通過最低點,是一條對稱軸。(E) 錯:y=2sin(3x) 向右平移 6π​ 得 y=2sin(3(x−6π​))=2sin(3x−2π​),再向下 1 單位是 y=2sin(3x−2π​)−1,和 f(x) 不同;例如 x=6π​ 時它的值是 2sin0−1=−1,而 f(6π​)=2sin3π​−1=3​−1。
把 f(x) 寫成 2sin(3(x−18π​))−1 就看得出來:正確的平移是向右 18π​ 單位,再向下 1 單位。
第 3 題答案 (C)(D)(E)。先求 a:圖形通過 (0, 1),代入得 asin6π​=2a​=1,a=2(圖上最高點的高度也是 2)。再求週期:0 到 2π 之間有 18 小格,相鄰兩個最高點相隔 6 小格,所以週期 =6×9π​=32π​。由 b2π​=32π​(b>0)得 b=3。 (A) 錯:週期是 32π​。(B) 錯:頻率是週期的倒數,等於 2π3​。(C) 對。(D) 對。(E) 對:2π=3×32π​ 恰好是三個週期,所以對所有實數 x 都有 f(x+2π)=f(x)。
檢查:y=2sin(3x+6π​) 的最高點出現在 3x+6π​=2π​,即 x=9π​,正好是 y 軸右邊第一小格,與圖相符。
y=asin(bx+c)+d(a>0、b>0):振幅 a、週期 b2π​、範圍 d−a 到 d+a;看左右平移多少,要先把 b 提出來。

02填充第 1、2 題(本頁第 4~7 題):度與弧度互換、特殊角、指數律

第 4 題180∘=π 弳,所以 −240∘=−240×180π​=−34​π 弳。
負號照留,約分 180240​=34​。
第 5 題π 弳 =180∘,所以 1 弳 =π180​ 度,3 弳 =3×π180​=π540​ 度。
約 171.9 度。這一格的 3 沒有 π,答案裡的 π 會留在分母。
第 6 題先把六個值各自寫出來:sin32π​=sin120∘=23​​;cos6π​=23​​;cos23π​=cos270∘=0;sin65π​=sin150∘=21​;tan4π​=1;sin67π​=sin210∘=−21​。 代回原式: 23​​×23​​+0×21​+1×(−21​)=43​−21​=41​
210∘ 在第三象限,正弦為負;cos270∘=0 讓中間那一項整個消失。
第 7 題全部化成以 2 為底:8−2=(23)−2=2−6;162=(24)2=28,所以 3162​=238​。原式 =23×2−6×238​=23−6+38​=2−31​,所以 k=−31​。
三次方根是 31​ 次方,328​=238​;指數相加時 3−6=−3=−39​,再加 38​。
度與弧度互換只記 180∘=π 弳;弧度的特殊角先換回度數再找象限與參考角;指數的乘法先化成同底。

03填充第 3~5 題(本頁第 8~10 題):圓錐展開、時鐘、外切兩圓

第 8 題高、底面半徑與斜高構成直角三角形,斜高 =32+42​=5。沿斜高剪開攤平後,扇形的半徑是斜高 5,扇形的弧長是底面的圓周長 2π×3=6π。由弧長 s=rθ 得 5θ=6π,θ=56​π 弳,也就是 56​×180∘=216∘。
題目沒有指定單位,寫 56​π 弳或 216∘ 都是同一個角。扇形的半徑是斜高 5,不是高 4。附圖的扇形只是示意,沒有照實際角度畫。
第 9 題從 12 的位置順時針量。分針在 30 分,指著 6,位置是 180∘。時針每小時走 30∘,三點半時走了 3.5 小時,位置是 3.5×30∘=105∘。兩針的夾角 =180∘−105∘=75∘,是銳角;換成弧度是 75×180π​=125​π 弳。
時針不是停在 3 上,半小時內它又往前走了 15∘。附圖的時針位置只是示意。
第 10 題陰影是由切線段 AB、大圓的弧 AP、小圓的弧 BP 圍成的區域,等於四邊形 O1​ABO2​ 扣掉兩個扇形。 切線與過切點的半徑垂直,所以 O1​A​⊥AB、O2​B​⊥AB,四邊形 O1​ABO2​ 是直角梯形。過 O2​ 作 O1​A​ 的垂線,垂足為 E(圖上的虛線),則 O2​BAE 是長方形,AE=1,O1​E​=3−1=2。兩圓外切,O1​O2​​=3+1=4。直角三角形 O1​EO2​ 中,O2​E​=42−22​=23​,所以 AB=23​;又 cos∠EO1​O2​=42​=21​,所以 ∠AO1​O2​=3π​,而梯形同側兩內角互補,∠BO2​O1​=π−3π​=32π​。 梯形面積 =21​(3+1)×23​=43​。大圓的扇形 O1​AP 面積 =21​×32×3π​=23π​;小圓的扇形 O2​BP 面積 =21​×12×32π​=3π​。 陰影面積=43​−23π​−3π​=43​−611​π
約 1.17。切點 P 在連心線 O1​O2​​ 上,所以兩個扇形剛好各以 O1​P​、O2​P​ 為一邊。
弧長 s=rθ、扇形面積 21​r2θ 都用弧度;弧圍成的面積拆成多邊形與扇形來加減。

04填充第 6~8 題(本頁第 11~13 題):干支的週期、圖形的伸縮平移、指數函數的底數

第 11 題天干每 10 年循環一次,地支每 12 年循環一次,兩者分開算。民國 110 年到民國 200 年相隔 200−110=90 年。天干:90÷10=9 餘 0,剛好回到同一個天干「辛」。地支:90÷12=7 餘 6,從「丑」往後數 6 個:寅、卯、辰、巳、午、未,是「未」。所以民國 200 年是辛未年。
用民國 73 年甲子年核對:200−73=127,127 除以 10 餘 7,甲往後 7 個是辛;127 除以 12 餘 7,子往後 7 個是未,結果相同。也可以用 60 年一循環:127 除以 60 餘 7,民國 200 年與民國 80 年的干支相同。
第 12 題一步一步寫。橫坐標以 y 軸為中心壓縮成 31​ 倍:把 x 換成 3x,f2​(x)=sin3x。向右平移 3π​:把 x 換成 x−3π​,f3​(x)=sin(3(x−3π​))=sin(3x−π)。縱坐標以 x 軸為中心伸長成 2 倍:整個函數值乘以 2,f4​(x)=2sin(3x−π)。與 asin(bx−c) 比較,(a, b, c)=(2, 3, π)。
平移是對 x 本身做的,所以括號裡減的是 3×3π​=π,不是 3π​。c 可以相差 2π 的整數倍(圖形都相同),這裡取照步驟直接得到的 c=π。
第 13 題四個圖形都通過 (0, 1)。看 x=1 的位置:y=ax 在 x=1 的高度就是底數 a,所以在 y 軸右邊畫一條鉛直線 x=1,由上往下碰到的圖形,底數由大到小。圖上 y 軸右邊由上到下依序是丙、丁、甲、乙:丙、丁往右上升(底數大於 1),丙升得比丁快,所以 c>d>1;甲、乙往右下降(底數介於 0 與 1 之間),乙降得比甲快,所以 b<a<1。合起來 b<a<d<c。
也可以看 x=−1:那裡的高度是底數的倒數。乙在 y 軸左邊最高,表示 b1​ 最大,b 最小。
週期現象用餘數推算;圖形變換時,左右方向的伸縮與平移都作用在 x 上、而且順序有關;指數函數比底數就看 x=1 的高度。

05填充第 9、10 題(本頁第 14、15 題):用正弦圖形解不等式、數交點

第 14 題先找等號成立的地方:在 0≤x≤2π 內,sinx=−22​​ 的角,參考角是 4π​,而且正弦為負,在第三、四象限,所以 x=π+4π​=45π​ 或 x=2π−4π​=47π​。畫出 y=sinx 的圖形與水平線 y=−22​​:圖形在水平線上或下方的部分,正好是兩個交點之間(中間經過最低點 x=23π​,sinx=−1)。所以 45​π≤x≤47​π。
題目是「小於或等於」,兩個端點都要包含。
第 15 題實數解就是 y=sinx 與直線 y=πx​ 的交點。因為 −1≤sinx≤1,交點只可能在 −1≤πx​≤1,也就是 −π≤x≤π。先看 0≤x≤π:x=0 時兩邊都是 0,是一個交點。0<x<π 時正弦圖形是一個拱形,直線由 0 升到 1:在 x=2π​,sinx=1 比直線的 21​ 高;在 x=π,sinx=0 比直線的 1 低,而且這一段正弦一路下降、直線一路上升,所以在 2π​ 與 π 之間恰交一點。在 0 與 2π​ 之間,拱形在連接 (0, 0) 與 (2π​, 1) 的直線 y=π2x​ 上方,更在 y=πx​ 上方,沒有交點。兩個圖形都對稱於原點,所以 −π≤x<0 也恰有一個交點。共 1+1+1=3 個實數解。
三個解是 x=0 與 x≈±2.31(後兩個不是特殊角,題目只問個數)。別漏掉 x=0 與負的那一個。
含正弦的不等式與方程式,先畫 y=sinx 的圖形,再看它和另一條線的上下關係與交點。

06計算第 1 題(本頁第 16、17 題):摩天輪的高度

第 16 題半徑是 50÷2=25 公尺,圓心離地 30 公尺,所以最低點離地 30−25=5 公尺。15 分鐘轉一圈,10 分鐘轉了 1510​=32​ 圈,也就是 32​×360∘=240∘。從最低點逆時針轉 240∘:先轉 180∘ 到最高點,再多轉 60∘,這時座位與圓心的連線和「圓心往正上方」的方向夾 60∘,所以座位比圓心高 25cos60∘=12.5 公尺。離地高度 =30+12.5=42.5 公尺。
用下一小題的式子核對:25sin(152π​×10−2π​)+30=25sin65π​+30=12.5+30=42.5。
第 17 題以圓心為原點,往右為角度的起始方向。座位在半徑 25 的圓上,當它的位置角是 θ 時,比圓心高 25sinθ,離地高度是 25sinθ+30。入座時在最低點,位置角是 −2π​;逆時針等速轉動,15 分鐘轉 2π,每分鐘轉 152π​,所以 x 分鐘後的位置角是 152π​x−2π​。高度 =25sin(152π​x−2π​)+30,與題目的形式比較,(a, b, c)=(25, 152π​, 30)。
檢查:x=0 時高度 =25sin(−2π​)+30=5,是最低點;x=7.5 時 =25sin2π​+30=55,是最高點。a 是半徑、c 是圓心的高度、b 由週期 15 決定。
圓周運動的高度=圓心高度+半徑×sin(位置角);位置角=起始角+每單位時間轉的角×時間。

07計算第 2 題(本頁第 18~20 題):病毒濃度的指數模型

第 18 題由圖,x=0 時 y=16。代入 y=k⋅ax:k⋅a0=k=16。
任何正數的 0 次方都是 1,所以 k 就是圖形與 y 軸交點的高度。
第 19 題由圖,x=1 時 y=8。代入 y=16⋅ax:16a=8,a=21​。
用圖上其他的點檢查:x=2 時 16×41​=4,x=3 時 16×81​=2,都與圖相符。每過一個月濃度減半。
第 20 題y=16⋅(21​)x,x=6 時 y=16×641​=41​。y 的單位是「萬個/ml」,41​ 萬個 =2500 個,所以濃度是 2500 個/ml。
空格後面的單位是「個/ml」,不是「萬個/ml」,要把 41​ 萬換成 2500。
y=k⋅ax 有兩個未知數,就從圖上讀兩個點:x=0 的點給 k,x=1 的點給 a;最後看清楚答案要的單位。

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第 1 題的 10 和 20 沒有度的記號,都是弧度,要先減掉整圈再看象限;第 2 題向右平移的量要把 x 的係數 3 提出來才看得出來,是十八分之 π 不是六分之 π;第 10 題要把梯形扣掉兩個扇形,兩個圓心角分別是六十度與一百二十度;第 12 題先壓縮再平移,平移是對 x 本身做,括號裡要減的是 π;第 17 題從最低點出發,所以角度要從負二分之 π 起算。詳解逐題寫在本頁。

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