御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:三角函數(弧度量、弧長與扇形面積、三角函數的圖形、和差角與倍角公式、正餘弦的疊合)

溪湖高中 113 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

第壹部分選擇題(佔 20 分):單選題 2 題、多選題 2 題,每題 5 分;第貳部分填充題 14 題(佔 80 分),依答對題數給分。本卷沒有學校公布的答案,本頁答案為本站依題目計算

第壹部分:選擇題(佔 20 分) 一、單選題(共 2 題,每題 5 分)
1
已知 sinθ−cosθ=31​,則 sin2θ 之值為何?
  1. (1) 94​
  2. (2) 9−4​
  3. (3) 98​
  4. (4) 9−8​
  5. (5) 32​
2
試問有多少個實數 x 滿足 2π​≤x≤23π​ 且 cosx≤cosx∘?
  1. (1) 0 個
  2. (2) 1 個
  3. (3) 2 個
  4. (4) 4 個
  5. (5) 無窮多個
二、多選題(共 2 題,每題 5 分) 說明:第 3 題至第 4 題,每題的五個選項各自獨立判定,其中至少有一個是正確的。所有選項均答對者,得 5 分;答錯一個選項者,得 3 分;答錯兩個選項者,得 1 分;答錯三個選項以上者,不給分。
3
下列選項何者正確?
  1. (1) cos100∘=21+cos200∘​​
  2. (2) 函數 y=2sin3x 的週期為 32π​
  3. (3) 57∘=1 弳(弧度)
  4. (4) 在 △ABC 中,cosC=cos(A+B)
  5. (5) 函數 y=tanx 與 y=−100 的圖形有交點
4
在坐標平面上,廣義角 θ 的頂點為原點 O,始邊為 x 軸的正向,且滿足 tanθ=32​。若 θ 的終邊上有一點 P,其 y 坐標為 −4,則下列哪些選項一定正確?
  1. (1) P 的 x 坐標是 6
  2. (2) cosθ=13​−3​
  3. (3) tan2θ=512​
  4. (4) sin2θ>0
  5. (5) cos2θ​<0
第貳部分:填充題(佔 80 分) 說明:第 5 題至第 18 題,依答對題數給分。答對 1~14 題依序得 6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、65、70、75、80 分。
5
1−tan45∘tan15∘tan45∘+tan15∘​= ____。(求值)
6
已知一扇形的半徑為 2,弧長為 5,則此扇形的面積為 ____。
7
試求 cos(−32π​)+sin65π​×tan(4π​)= ____。
8
試求函數 y=3sinx+3​cosx+2 的最小值為 ____。
9
方程式 6sinx=x 的實數解個數有 ____ 個。
10
sin20∘3​​−cos20∘1​= ____。
11
利用 y=sinx 畫出 y=6sin(2x+3π​)−2 的圖形,分為 3 步驟:步驟 1. 振幅變為 a 倍 → 步驟 2. 週期變為 π → 步驟 3. 往左平移 b 單位,往下平移 c 單位。試求 a×b×c= ____。
12
在 △ABC 中,已知 ∠B 為鈍角且 sinA=135​、sinB=53​,求 cosC= ____。
13
在 0≤x≤π 的範圍內,當 x=t 時,函數 y=sinx−3​cosx 有最大值,則 t= ____。
14
遊樂區中有一半徑 30 公尺的圓形摩天輪,逆時針方向運轉一圈需時 18 分鐘。當摩天輪開始運轉時,甲車廂恰在離地最近的位置上,若 x 分鐘後,甲車廂離地的高度 y(公尺)可表為 y=asin(bx−2π​)+32,其中 a、b 都是正數,則開始運轉 6 分鐘後,甲車廂離地的高度為 ____(公尺)。
載入中...
15
函數 y=2cos(3π​−x)−2cosx+7 的最大值為 M,求 M= ____。
16
坐標平面上兩直線的斜率分別為 −3 及 −21​,則兩直線的夾角 = ____。(兩解)
17
已知 y=asinx+bcosx 一個週期的圖形如下所示,求數對 a×b= ____。
載入中...
18
已知 △ABC 中,AB=2、BC=3 且 ∠A=2∠C,則 AC= ____。(化成最簡分數)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(3)
第 2 題(5)
第 3 題(2)(5)
第 4 題(2)(3)(4)
第 5 題3​
第 6 題5
第 7 題0
第 8 題2−23​
第 9 題3
第 10 題4
第 11 題2π
第 12 題6563​
第 13 題65π​
第 14 題47
第 15 題9
第 16 題45∘ 或 135∘(即 4π​ 或 43π​)
第 17 題−3​
第 18 題25​
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01單選第 1、2 題:平方後出現二倍角、弧度與度的差別

第 1 題答案 (3)。把 sinθ−cosθ=31​ 兩邊平方:sin2θ−2sinθcosθ+cos2θ=91​。因為 sin2θ+cos2θ=1、2sinθcosθ=sin2θ,所以 1−sin2θ=91​,sin2θ=98​。
平方展開後中間項是 −2sinθcosθ,所以是 1 減去 sin2θ。
第 2 題答案 (5)。左邊的 cosx 中,x 是弧度:2π​≤x≤23π​ 時,x 是第二、三象限角或在坐標軸上,cosx≤0。右邊的 cosx∘ 中,角是 x 度:x 介於 2π​≈1.57 與 23π​≈4.71 之間,所以 x∘ 介於約 1.57∘ 與 4.71∘ 之間,是很小的銳角,cosx∘>0。於是範圍內的每一個 x 都滿足 cosx≤0<cosx∘,共有無窮多個。
不等號照卷面印的方向 cosx≤cosx∘。如果方向相反(cosx∘≤cosx),範圍內就沒有任何 x 滿足,答案會變成 0 個;本卷來源沒有附答案,以校方答案為準。
同一個數 x,當弧度看與當度看是兩個差很多的角,要分開判斷。

02多選第 3 題:五個基本觀念

第 3 題答案 (2)(5)。(1) 錯:100∘ 是第二象限角,cos100∘<0,而右邊的根號值不會是負的。由 cos200∘=2cos2100∘−1 得 cos2100∘=21+cos200∘​,所以正確的式子是 cos100∘=−21+cos200∘​​。(2) 對:y=2sin3x 的週期是 32π​。(3) 錯:1 弳 =π180∘​≈57.3∘,只是接近 57∘,兩者不相等。(4) 錯:A+B=180∘−C,所以 cos(A+B)=cos(180∘−C)=−cosC;只有 C=90∘ 時兩邊才相等,一般的三角形不成立。(5) 對:y=tanx 的值域是全體實數,一定有 x 使 tanx=−100,兩圖形有交點(而且有無窮多個)。
選項 (3) 照等號判斷:57∘=18057π​≈0.9948 弳,不等於 1 弳。若把它當成近似值的敘述則會視為正確;本卷來源沒有附答案,此選項以校方答案為準。
用半角關係開根號時,正負號要由角所在的象限決定。

03多選第 4 題:由正切與終邊上的點判斷

第 4 題答案 (2)(3)(4)。tanθ>0 表示終邊在第一或第三象限;終邊上有 y 坐標為負的點,所以終邊在第三象限。設 P(x,−4),tanθ=x−4​=32​,得 x=−6,(1) 錯。OP=(−6)2+(−4)2​=52​=213​,所以 cosθ=213​−6​=13​−3​,(2) 對;同理 sinθ=213​−4​=13​−2​。(3) 對:tan2θ=1−tan2θ2tanθ​=1−94​34​​=34​×59​=512​。(4) 對:sin2θ=2sinθcosθ=2×13​−2​×13​−3​=1312​>0。(5):題目只說 θ 是廣義角,沒有限制範圍。若 θ 在 180∘ 與 270∘ 之間,2θ​ 在 90∘ 與 135∘ 之間,cos2θ​<0;但 θ 再多轉一圈(在 540∘ 與 630∘ 之間)時,2θ​ 在 270∘ 與 315∘ 之間,cos2θ​>0。正負不能確定,不是「一定正確」,所以不選。
選項 (5) 的判斷與 θ 的範圍有關:本頁依題幹「廣義角」、未限制範圍,且題目問「一定正確」的讀法,不選 (5);若限定 0∘<θ<360∘,則 (5) 也成立。本卷來源沒有附答案,此選項以校方答案為準。(2)(3)(4) 只跟終邊位置有關,不受影響。
同界角的三角函數值相同,二倍角的值也相同,但半角會差半圈,正負可能相反。

04填充第 5~7 題:正切的和角、扇形面積、特殊角的值

第 5 題式子正好是正切和角公式 tan(α+β)=1−tanαtanβtanα+tanβ​ 的右邊,取 α=45∘、β=15∘,原式 =tan(45∘+15∘)=tan60∘=3​。
第 6 題扇形面積 =21​× 半徑 × 弧長 =21​×2×5=5。
也可以先求圓心角 θ=25​(弳),面積 =21​r2θ=21​×4×25​=5。
第 7 題cos(−32π​)=cos32π​=−21​(第二象限角,參考角 3π​);sin65π​=sin6π​=21​;tan4π​=1。原式 =−21​+21​×1=0。
先乘後加:sin65π​×tan4π​ 要先算。
看到「兩個正切相加,除以 1 減兩個正切相乘」,就是正切的和角公式倒著用。

05填充第 8~10 題:疊合求最小值、用圖形數解、通分後疊合

第 8 題32+(3​)2​=12​=23​,所以 3sinx+3​cosx=23​(23​​sinx+21​cosx)=23​sin(x+6π​)。x 是任意實數,sin(x+6π​) 的最小值是 −1,所以 y 的最小值為 −23​+2=2−23​。
數值約 −1.46。
第 9 題把方程式寫成 sinx=6x​,數 y=sinx 與直線 y=6x​ 的交點。x=0 是一個解。x>0 時:在 0<x<π,正弦圖形是一個向上凸的拱,直線從原點出發且比拱平緩(x=2π​ 時 sinx=1>12π​),到 x=π 時 sinπ=0<6π​,直線已經在拱的上方,所以恰好交於一點;在 π≤x≤2π,sinx≤0<6x​,沒有交點;x>2π 時 6x​>62π​≈1.05>1≥sinx,也沒有交點。所以正的解有 1 個。兩個函數的圖形都對稱於原點,負的解也有 1 個。共 1+1+1=3 個。
關鍵是直線在 x=6 時才到達高度 1,而 6<2π,正弦的第二個波峰(在 x=25π​≈7.85)已經碰不到直線。三個解約為 0 與 ±2.68。
第 10 題通分:原式 =sin20∘cos20∘3​cos20∘−sin20∘​。分子 =2(23​​cos20∘−21​sin20∘)=2(sin60∘cos20∘−cos60∘sin20∘)=2sin40∘。分母 =21​×2sin20∘cos20∘=21​sin40∘。所以原式 =21​sin40∘2sin40∘​=4。
方程式一邊是三角函數、一邊是一次式時,畫兩個圖形數交點,並用直線何時超過 1 來決定只要看到哪裡。

06填充第 11~13 題:伸縮與平移、三角形內角、疊合後的最大值位置

第 11 題步驟 1:振幅變為 6 倍,得 y=6sinx,a=6。步驟 2:週期由 2π 變為 π,是把 x 換成 2x,得 y=6sin2x。步驟 3:6sin(2x+3π​)−2=6sin2(x+6π​)−2,是把 x 換成 x+6π​(往左平移 6π​)再往下平移 2,所以 b=6π​、c=2。a×b×c=6×6π​×2=2π。
平移量要先把 2 提出來再看:2x+3π​=2(x+6π​),往左平移的是 6π​,不是 3π​。
第 12 題∠B 是鈍角,cosB<0:cosB=−1−259​​=−54​。三角形只能有一個鈍角,所以 ∠A 是銳角:cosA=1−16925​​=1312​。C=180∘−(A+B),所以 cosC=−cos(A+B)=−(cosAcosB−sinAsinB)=−(1312​×(−54​)−135​×53​)=−(−6548​−6515​)=6563​。
A≈22.6∘、B≈143.1∘、C≈14.3∘,三個角加起來是 180∘。
第 13 題y=sinx−3​cosx=2(21​sinx−23​​cosx)=2sin(x−3π​)。0≤x≤π 時 −3π​≤x−3π​≤32π​,這段範圍包含 2π​,所以當 x−3π​=2π​,即 x=65π​ 時 y 有最大值 2。t=65π​。
疊合之後,把 x 的範圍換成整個角的範圍,再看最大值的角有沒有落在裡面。

07填充第 14、15 題:摩天輪的高度、展開後疊合

第 14 題x=0 時 y=asin(−2π​)+32=32−a,是最低點;y 的最大值是 32+a。最高點與最低點相差直徑 60 公尺,所以 2a=60,a=30。轉一圈 18 分鐘,週期 b2π​=18,b=9π​。x=6 時 y=30sin(96π​−2π​)+32=30sin6π​+32=15+32=47(公尺)。
6 分鐘轉了 31​ 圈(120∘),車廂比圓心高 30cos60∘=15 公尺,圓心離地 32 公尺,同樣得到 47。
第 15 題用差角公式:2cos(3π​−x)=2(cos3π​cosx+sin3π​sinx)=cosx+3​sinx。所以 y=3​sinx−cosx+7=2(23​​sinx−21​cosx)+7=2sin(x−6π​)+7。x 是任意實數,最大值 M=2+7=9。
兩個餘弦的角不同,不能直接相減,要先展開成同一個角 x 的正弦與餘弦。
週期現象的式子:振幅是最高與最低的差的一半,週期由轉一圈的時間決定。

08填充第 16~18 題:兩直線的夾角、由圖形反推係數、二倍角與三角形

第 16 題設兩直線的斜角分別為 α、β,tanα=−3、tanβ=−21​。tan(β−α)=1+tanβtanαtanβ−tanα​=1+23​−21​+3​=25​25​​=1,所以兩直線的一個夾角是 45∘,另一個夾角是它的補角 180∘−45∘=135∘。
兩直線相交會形成兩組對頂角,夾角有互補的兩個,題目註明「兩解」,兩個都要寫。用弧度寫是 4π​ 與 43π​。
第 17 題由圖,最大值是 2、最小值是 −2,振幅是 2;最高點在 x=32π​。正弦在角等於 2π​ 時最大,32π​−6π​=2π​,所以 y=2sin(x−6π​)(最低點在 x−6π​=23π​,即 x=35π​,與圖相符)。展開:y=2(sinxcos6π​−cosxsin6π​)=3​sinx−cosx。所以 a=3​、b=−1,a×b=−3​。
原卷印作「求數對 a×b=」,所求是乘積,是一個數。也可以直接把最高點代入:x=32π​ 時 23​​a−21​b=2,再配合振幅 a2+b2​=2,同樣解得 a=3​、b=−1。
第 18 題設 ∠C=γ,則 ∠A=2γ。由正弦定理 sinABC​=sinCAB​:sin2γ3​=sinγ2​,即 3sinγ=2sin2γ=4sinγcosγ。sinγ=0,所以 cosγ=43​。設 AC=b,對 ∠C 用餘弦定理:AB2=BC2+b2−2×BC×bcosC,即 4=9+b2−29​b,整理得 2b2−9b+10=0,(2b−5)(b−2)=0,b=25​ 或 b=2。若 b=2,則 AC=AB,∠B=∠C=γ,內角和 2γ+γ+γ=180∘,γ=45∘,與 cosγ=43​ 不合,捨去。所以 AC=25​。
驗算:AC=25​ 時 cosA=2×25​×2425​+4−9​=81​,而 cos2γ=2×169​−1=81​,確實 ∠A=2∠C。
餘弦定理解出兩個邊長時,要代回題目的角度條件檢查,不合的捨去。

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第 2 題不等式的左邊是弧度、右邊是度,兩邊的角大小差很多,要分開看正負;第 4 題的廣義角沒有限制範圍,半角的餘弦正負無法確定,二倍角的值則可以直接算;第 9 題要用圖形數交點,別漏掉原點與負的那一個解;第 18 題用餘弦定理會解出兩個邊長,其中一個不符合角的條件要捨去。詳解逐題寫在本頁。

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