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)

高雄新興高中 111 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 19 題,照原卷順序

單選題 1 題(6 分)、多選題 3 題(每題 6 分,共 18 分)、填充題 12 格(每格 5 分,共 60 分)、計算題 2 題(共 16 分:第 1 題 6 分,第 2 題兩小題各 5 分),合計 100 分。原卷四大題各自從 1 編號,本頁全卷連續編號:第 1 題為單選第 1 題,第 2~4 題為多選第 1~3 題,第 5~16 題為填充第 1~12 題,第 17 題為計算第 1 題,第 18、19 題為計算第 2 題的 (1)(2)。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 6 分
1
下列哪一個選項的值最大?
  1. (A) cos1
  2. (B) cos2
  3. (C) sinπ∘
  4. (D) tan2
  5. (E) sin10∘cos10∘
二、多選題:每題 6 分,共 18 分(錯一個選項扣 2 分,扣完為止)
2
下列哪些函數的週期為 π?
  1. (A) y=sin2x+cos2x
  2. (B) y=2tan(x−3π​)
  3. (C) y=cos∣x∣
  4. (D) y=2cos2x
  5. (E) y=∣sinx∣
3
關於函數 y=−2sinx+sin(3π​+x) 的圖形,下列何者正確?
  1. (A) 週期為 2π
  2. (B) 函數在 x=32π​ 時有最大值
  3. (C) −1≤f(x)≤3
  4. (D) 圖形對稱於直線 x=32π​
  5. (E) 振幅為 5​
4
已知 cosθ=54​,其中 23​π<θ<2π,試選出正確的選項
  1. (A) sin(θ−π)=53​
  2. (B) tan2θ=7−24​
  3. (C) cos2θ=257​
  4. (D) 2θ 為第三象限角
  5. (E) cos2θ​=10​3​
三、填充題:每格 5 分,12 格,共 60 分
5
求 tan411π​sin65π​+sin(−4π​)cosπ 的值為 ____。
6
sin33∘⋅cos102∘−sin282∘⋅sin57∘= ____。
7
y=2sin2x−3cos2x+4,x 為實數,求 y 之最大值為 ____。
8
將 y=sinx 的圖形先水平伸縮為 2 倍,再向左平移 4 單位,所得函數為 y=sin(ax+b),求 (a,b)= ____。
9
圖灰色的標誌是在網路地圖上常見的定位記號,它的輪廓是由圓弧與兩條與圓相切的線段所組成,如圖所示,其中 PA 與 PB 為圓 O 的切線。已知 ∠APB=60∘,且圓半徑為 1,求鋪色區域的面積為 ____。
載入中...
10
如圖,一直立圓錐之底圓直徑 BC=3,稜邊長 AB=9,D 是稜邊 AC 上一點,且 AD=2。今有一螞蟻從 C 點沿著錐面繞行一圈至 D 點,則其最短路徑長為 ____。
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11
△ABC 中,已知 cosA=−52​1​、sinB=53​,試求 ∠C= ____ 弳。
12
方程式 8cosx=x 有 ____ 個實數解。
13
已知函數 f(x)=cos2x+3cosx,x 為實數,則 f(x) 的最大值為 ____。
14
將六個大小相同的正方形排成如右圖所示,試求 tanθ= ____。
載入中...
15
求 cos10∘23​​−sin10∘2​ 的值 = ____。
16
設 2π​≤x≤π,函數 f(x)=3​sinx−cosx 的最小值為 m 且最小值發生時 x=α,求數對 (m,α)= ____。
四、計算題:16 分(視過程部分給分,只有答案沒寫算式不予給分)
17
在實驗室中,以示波器觀察一波在介質中前進,並記錄下波隨時間的振動高度,如下表所示: 時間(秒)高度(公分)時間(秒)高度(公分)​07.7374​1884.27​27.7395​37106​46117​55127.73​64.27138​​ 觀察其圖形,可約略看出此圖形與正弦波類似,因此我們選用 y=asin(ωt+ϕ)+k 的函數來描述這筆觀測資料,其中 a>0、ω>0、−π≤ϕ<π。試求 (a、ω、ϕ、k) 的值為 ____。(6 分)
載入中...
第 18~19 題為題組(原卷計算第 2 題)(第 18~19 題) 公園內有個半徑 40 公尺的圓形池塘,計劃在池塘內建造一座 H 字形的木橋(如圖所示)。已知 O 為圓心,∠AEF=∠EFD=90∘,且 EO=OF,求
18
(1) 木橋總長(即 AB+CD+EF)最長為多少公尺?(5 分)
載入中...
19
(2) 此時 EF 的長度為多少公尺?(5 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)
第 2 題(A)(B)(D)(E)
第 3 題(A)(D)
第 4 題(A)(B)(C)
第 5 題22​−1​
第 6 題22​​
第 7 題4+13​
第 8 題(21​,2)
第 9 題3​+32π​
第 10 題67​
第 11 題4π​
第 12 題5
第 13 題4
第 14 題−47​(θ 依原卷圖取兩斜線交點正下方的鈍角)
第 15 題−8
第 16 題(1,π)
第 17 題(2,6π​,3π​,6)
第 18 題805​ 公尺
第 19 題165​ 公尺
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單選題(第 1 題):弧度與度混在一起比大小

第 1 題答案 (A)。沒有寫「°」的角是弧度。1 弧度約 57.3∘,在 0 與 3π​(60∘)之間,餘弦在這段遞減,所以 cos1>cos3π​=21​。2 弧度約 114.6∘,是第二象限角,所以 cos2<0、tan2<0。π∘ 約 3.14∘,sinπ∘<sin30∘=21​。sin10∘cos10∘=21​sin20∘<21​。五個數只有 cos1 大於 21​,所以 (A) 最大。
近似值:cos1≈0.540、cos2≈−0.416、sinπ∘≈0.055、tan2≈−2.185、sin10∘cos10∘≈0.171。

02多選題(第 2~4 題,原卷多選第 1~3 題):週期、疊合後看圖形、倍角與半角

第 2 題答案 (A)(B)(D)(E)。(A) 對:疊合得 sin2x+cos2x=2​sin(2x+4π​),週期 22π​=π。(B) 對:正切函數的週期是 π,平移與乘 2 都不改變週期。(C) 錯:餘弦是偶函數,cos∣x∣=cosx,週期 2π。(D) 對:2cos2x=1+cos2x,週期 π。(E) 對:y=∣sinx∣ 是把 y=sinx 在 x 軸下方的部分翻上來,∣sin(x+π)∣=∣−sinx∣=∣sinx∣,而且圖形每隔 π 才重複一次,週期 π。
第 3 題答案 (A)(D)。先用和角公式展開:sin(3π​+x)=23​​cosx+21​sinx,所以 y=−23​sinx+23​​cosx。疊合:(23​)2+(23​​)2​=3​,y=3​(−23​​sinx+21​cosx)=3​sin(x+65π​)。(A) 對:週期 2π。(B) 錯:x=32π​ 時 x+65π​=23π​,y=−3​,是最小值。(C) 錯:y 的範圍是 −3​≤y≤3​,最小值 −3​≈−1.73 比 −1 小,最大值也到不了 3。(D) 對:x=32π​ 是波谷的位置,通過波峰或波谷的鉛直線是對稱軸。(E) 錯:振幅是 3​。
5​ 是把係數誤當成 −2 與 1 直接算 22+12​ 的結果;兩項的角不同(x 與 3π​+x),要先展開成同一個角才能疊合。
第 4 題答案 (A)(B)(C)。θ 在第四象限,sinθ<0:sinθ=−1−2516​​=−53​,tanθ=−43​。(A) 對:sin(θ−π)=−sin(π−θ)=−sinθ=53​。(B) 對:tan2θ=1−tan2θ2tanθ​=1−169​−23​​=−724​。(C) 對:cos2θ=2cos2θ−1=2532​−1=257​。(D) 錯:cos2θ=257​>0,sin2θ=2sinθcosθ=−2524​<0,2θ 是第四象限角。(E) 錯:43π​<2θ​<π,2θ​ 在第二象限,餘弦是負的;cos22θ​=21+cosθ​=109​,所以 cos2θ​=−10​3​。

03填充題(第 5~8 題,原卷填充第 1~4 題):特殊角、和角公式、疊合、圖形的伸縮平移

第 5 題逐項算:tan411π​=tan(2π+43π​)=tan43π​=−1;sin65π​=21​;sin(−4π​)=−22​​;cosπ=−1。原式 =(−1)×21​+(−22​​)×(−1)=22​−1​。
第 6 題把四個角換成 33∘ 與 12∘:cos102∘=cos(90∘+12∘)=−sin12∘;sin282∘=sin(360∘−78∘)=−sin78∘=−cos12∘;sin57∘=cos33∘。原式 =−sin33∘sin12∘+cos12∘cos33∘=cos(33∘+12∘)=cos45∘=22​​。
第 7 題疊合:2sin2x−3cos2x=22+32​sin(2x−φ)=13​sin(2x−φ),其中 cosφ=13​2​、sinφ=13​3​。x 是任意實數,sin(2x−φ) 可以取到 1,所以 y 的最大值是 4+13​。
約 7.61。
第 8 題水平伸縮為 2 倍(每個點的橫坐標變成原來的 2 倍),把 x 換成 2x​:y=sin2x​。再向左平移 4 單位,把 x 換成 x+4:y=sin2x+4​=sin(21​x+2)。所以 (a,b)=(21​,2)。
平移時換掉的是 x 本身,括號裡加的是 21​×4=2,不是 4。題目沒有限定 a、b 的範圍,同一個函數還有別的寫法(例如 b=2+2π,或 a=−21​、b=π−2),一般取最直接的 (21​,2)。

04填充題(第 9、10 題,原卷填充第 5、6 題):定位記號的面積、圓錐面上的最短路徑

第 9 題連 OA、OB、OP。切線與過切點的半徑垂直,所以 ∠OAP=∠OBP=90∘;OP 平分 ∠APB,∠APO=30∘。直角三角形 OAP 中 OA=1,PA=tan30∘1​=3​,面積 21​×3​×1=23​​;四邊形 PAOB 是兩個這樣的三角形,面積 3​。四邊形內角和 360∘,∠AOB=360∘−90∘−90∘−60∘=120∘,所以經過 C 的那一段大弧所對的圓心角是 240∘=34π​,這個扇形的面積是 21​×12×34π​=32π​。鋪色區域 = 四邊形 PAOB+ 大扇形 =3​+32π​。
約 3.83。扇形面積 21​r2θ 的 θ 要用弧度。
第 10 題沿稜邊 AC 把錐面剪開、攤平,得到一個以 A 為圓心、半徑 9 的扇形。扇形的弧長等於底圓的周長 3π,所以圓心角 =93π​=3π​。攤平後 C 出現在扇形的兩條邊上:螞蟻從一條邊上的 C(離 A 為 9)出發,繞一圈後到另一條邊上的 D(離 A 為 2),最短路徑是攤平後連接這兩點的線段。這條線段與兩條邊圍成一個三角形,兩邊長 9、2,夾角 3π​,由餘弦定理:路徑長2=92+22−2×9×2×cos3π​=81+4−18=67,所以最短路徑長是 67​。
約 8.19。圓錐的側面展開圖是扇形,圓心角 =斜高底圓周長​。

05填充題(第 11~13 題,原卷填充第 7~9 題):三角形的內角、解的個數、化成二次式

第 11 題cosA<0,A 是鈍角,sinA=1−501​​=52​7​。三角形最多一個鈍角,所以 B 是銳角,cosB=54​。C=π−(A+B),所以 cosC=−cos(A+B)=−(cosAcosB−sinAsinB)=−(−252​4​−252​21​)=252​25​=2​1​。C 是三角形的內角,所以 ∠C=4π​。
題目要的是弧度,不寫 45∘。
第 12 題方程式改寫成 cosx=8x​,在同一個坐標平面畫 y=cosx 與直線 y=8x​,數交點。∣cosx∣≤1,交點只可能在 −8≤x≤8;25π​≈7.85<8<3π。先看 x>0(直線在 x 軸上方,只有 cosx>0 的區段可能相交):① 0<x<2π​:x=0 時餘弦是 1、直線是 0;x=2π​ 時餘弦是 0、直線是正的;餘弦遞減、直線遞增,交一點。② 23π​<x<25π​:兩端餘弦是 0、直線在上;中間 x=2π 時餘弦是 1,直線是 82π​≈0.79,餘弦在上;所以交兩點。③ 25π​<x≤8:餘弦是負的,沒有交點。再看 x<0(直線在 x 軸下方,只有 cosx<0 的區段可能相交):④ −23π​<x<−2π​:兩端餘弦是 0、直線在下;中間 x=−π 時餘弦是 −1,直線是 −8π​≈−0.39,餘弦在下;所以交兩點。⑤ −8≤x<−25π​:直線的值在 −1 到 −0.98 之間,而這一小段 cosx 介於 cos8≈−0.15 與 0 之間,餘弦一直在直線上方,沒有交點。x=0 不是解。合計 1+2+2=5 個。
五個解大約是 x≈−4.17、−1.80、1.40、5.46、6.83。這個圖形左右不對稱(直線通過原點但餘弦是偶函數),正的一側 3 個、負的一側 2 個,不能算一邊再乘 2。
第 13 題用倍角公式 cos2x=2cos2x−1,令 t=cosx(−1≤t≤1):f=2t2+3t−1=2(t+43​)2−817​。拋物線開口向上,頂點在 t=−43​;在 −1≤t≤1 內離頂點最遠的是 t=1,所以最大值是 2+3−1=4(此時 cosx=1,例如 x=0)。
兩項的角不同(2x 與 x),不能疊合;要先化成同一個角的二次式,再看 cosx 的範圍。

06填充題(第 14~16 題,原卷填充第 10~12 題):方格裡的夾角、疊合化簡、範圍內的最小值

第 14 題設每個正方形的邊長為 1,以左下角為原點。一條斜線從左下角 (0,0) 連到右上角 (3,2);另一條從左邊中點 (0,1) 連到底邊上的 (2,0)。θ 是兩條斜線交點下方的那個角,也就是兩條斜線與底邊圍成的三角形中,交點處的內角。這個三角形在底邊上的兩個內角:左下角的角 α 滿足 tanα=32​(往右 3 格、往上 2 格);在 (2,0) 的角 β 滿足 tanβ=21​(往左 2 格、往上 1 格)。tan(α+β)=1−32​×21​32​+21​​=32​67​​=47​。θ=180∘−(α+β),所以 tanθ=−tan(α+β)=−47​。
θ 是鈍角(約 119.7∘),正切是負的。若把 θ 看成兩條斜線所夾的銳角,會得到 47​;本頁依原卷圖上 θ 標在交點正下方、弧線畫在兩條斜線往下的兩段之間來判讀。
第 15 題通分:cos10∘23​​−sin10∘2​=sin10∘cos10∘23​sin10∘−2cos10∘​。分子疊合:23​sin10∘−2cos10∘=4(23​​sin10∘−21​cos10∘)=4sin(10∘−30∘)=−4sin20∘。分母用倍角公式:sin10∘cos10∘=21​sin20∘。所以原式 =21​sin20∘−4sin20∘​=−8。
第 16 題疊合:f(x)=2(23​​sinx−21​cosx)=2sin(x−6π​)。2π​≤x≤π 時 3π​≤x−6π​≤65π​。正弦在這段先升到 1(角為 2π​)再下降,最小值在端點:左端 sin3π​=23​​,右端 sin65π​=21​,右端較小。所以最小值 m=2×21​=1,發生在 x=π,(m,α)=(1,π)。
直接代原式檢查:f(π)=3​×0−(−1)=1。最小值不是 −2,因為這個範圍內角度走不到波谷。

07計算題一(第 17 題,原卷計算第 1 題):由觀測數據決定正弦函數

第 17 題由表,最大值是 8(t=1 與 t=13),最小值是 4(t=7)。y=asin(ωt+ϕ)+k(a>0)的值在 k−a 與 k+a 之間:k=28+4​=6,a=28−4​=2。相鄰兩個最大值相隔 13−1=12 秒,這就是週期:ω2π​=12,ω=6π​。t=1 時取最大值,所以 sin(6π​+ϕ)=1,6π​+ϕ=2π​+2nπ(n 為整數),ϕ=3π​+2nπ;在 −π≤ϕ<π 內只有 ϕ=3π​。所以 (a,ω,ϕ,k)=(2,6π​,3π​,6),即 y=2sin(6π​t+3π​)+6。
用其他數據檢查:t=0 時 y=2sin3π​+6=6+3​≈7.73;t=3 時 y=2sin65π​+6=7;t=4 時 y=2sinπ+6=6;t=6 時 y=2sin34π​+6=6−3​≈4.27,都與表相符。

08計算題二(第 18、19 題,原卷計算第 2 題):用一個角表示橋長,再疊合

第 18 題由圖,O 在 EF 上,而 ∠AEF=90∘,所以 OE⊥AB;圓心到弦的垂足是弦的中點,E 是 AB 的中點。同理 F 是 CD 的中點。連 OA,設 ∠AOE=θ(0∘<θ<90∘)。直角三角形 AOE 中 OA=40:AE=40sinθ,OE=40cosθ。所以 AB=80sinθ。又 OF=OE=40cosθ,直角三角形 COF 中 CF=402−(40cosθ)2​=40sinθ,CD=80sinθ;EF=80cosθ。總長 =160sinθ+80cosθ=80(2sinθ+cosθ)。疊合:2sinθ+cosθ=5​sin(θ+φ),其中 φ 是銳角,cosφ=5​2​、sinφ=5​1​。θ 可以取 90∘−φ(是銳角),這時 sin(θ+φ)=1。所以總長最長是 805​ 公尺。
約 178.9 公尺。
第 19 題總長最長時 θ+φ=90∘,所以 cosθ=sinφ=5​1​(同時 sinθ=cosφ=5​2​)。EF=80cosθ=5​80​=165​ 公尺。
約 35.8 公尺。這時 AB=CD=80×5​2​=325​,三段相加 325​+325​+165​=805​,與上一小題相符。
幾何求極值:先選一個角,把每一段長都用這個角的正弦、餘弦表示,整理成 asinθ+bcosθ 再疊合;取到極值時的角由 θ+φ=90∘ 反推。

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第 1 題沒有寫度的角是弧度,1 弧度約 57 度、2 弧度在第二象限;第 3 題兩項的角不同,要先用和角公式展開再疊合,振幅是根號 3 不是根號 5;第 12 題圖形左右不對稱,正的一側 3 個解、負的一側 2 個解,共 5 個;第 14 題圖上的角是鈍角,正切是負的;第 16 題最小值在範圍的端點,不是波谷。詳解逐題寫在本頁。

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