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、和差角與倍角公式、正餘弦的疊合)

新店高中 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 12 題,照原卷順序

多選題 2 題(14 分)、填充題 9 題共 13 格(78 分,依答對格數給分)、計算題 1 題(8 分)

一、多選題(共 14 分,每題 7 分,每答錯一個選項扣 3 分)
1
下列選項何者正確?
  1. (A) 30 弳的最小正同界角為 30−8π 弳
  2. (B) sinπ2<cosπ2
  3. (C) cos2<cos4
  4. (D) sin4>−2​1​
  5. (E) 21+cos118∘​​>3sin14∘−4sin314∘
2
下列選項何者正確?
  1. (A) y=sinxcosx 對稱於原點
  2. (B) y=1−2sin2x 對稱於 x=2π​
  3. (C) y=sinx+cosx 最大值為 2
  4. (D) tan21∘tan114∘−tan21∘−tan114∘=−1
  5. (E) y=2cosx+2sin(x+6π​) 對稱於 x=6−5π​
二、填充題(共 78 分)|答對格數與得分:1 格 10 分、2 格 19 分、3 格 27 分、4 格 34 分、5 格 41 分、6 格 48 分、7 格 54 分、8 格 59 分、9 格 64 分、10 格 68 分、11 格 72 分、12 格 75 分、13 格 78 分。
3
左圖是歐洲常見的哥德式尖拱建築,其圓弧構造可用數學作圖來描述:如右圖,在水平線段 O1​O2​​ 上,分別以 O1​、O2​ 為圓心,相同的半徑 r 畫弧 BC⌢ 與 AC⌢,兩弧交於 C 點且分別交 O1​O2​​ 於 B 與 A 兩點。在右圖中,已知半徑 r=6 且 AB=6(2−3​),求: (1) 圓弧 BC⌢ 的長度為 ____ (2) 右圖鋪色區域的面積為 ____
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4
設 π<α<2π、π<β<2π,若 cosα+2sinα=0、cosβ=54​,則: (1) tan(α−β)= ____ (2) 點 (cos3α,tanβ) 是位在第 ____ 象限
5
已知 f(x)=8cosx−15sinx 且當 x=θ 時,f(x) 有最小值 m,試求 (m,sinθ)= ____
6
已知函數 y=asin(bx+c)+d 的圖形最大值為 3 及最小值為 −5,週期為 3π,對稱軸為 x=411​π,其中 a>0、b>0、−2π​≤c≤0,則 (a,b,c,d)= ____
7
如圖,一長方體磚塊斜靠在牆壁上,且 AB=12、BC=5、∠OAB=x 弳 (0<x<2π​),試求: (1) 若 C 點到地面的距離為 asinx+bcosx,則 (a,b)= ____ (2) 已知 C 點到地面的距離為 213​3​,試求 sinx= ____
載入中...
8
在 −2π​≤x≤2π 的範圍內,兩函數 y=tan(x+π) 與 y=3sin2x 的圖形共有 ____ 個交點
9
已知一恆星 O,有一行星 A 繞著 O 作圓周運動,兩者距離差 14 天文單位。某日,一顆系外天體 B 被恆星 O 所吸引,接近至行星 A 的圓周軌道時與 A 相碰而彈開,最後一同在同一軌道上繞著恆星 O 作圓周運動。此時一批科學家想探測扇形 AOB 的圓心角,就往其劣弧發射一顆人造衛星 P,使 P 也在該軌道上運行,並經探測得以下數據:P 到 OA 的距離為 11 天文單位,P 到 OB 的距離為 13 天文單位,試問: (1) cos(∠AOP)= ____ (2) 承上題,扇形 AOB 的圓心角為 α,則 cosα= ____
載入中...
10
在 −2π≤x≤0 的範圍內,3​sinx−cosx=−2​ 在範圍內的解為 ____
11
試求不等式 cosx≤−21​ 在 0≤x≤3π 範圍內的解為 ____
三、計算題(共 8 分)
12
在 4π​≤x≤32π​ 的範圍內,函數 f(x)=sin2x+21​cosx−1,試求函數的最大值及最小值?
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)
第 2 題(A)(B)(E)
第 3 題(1) π;(2) 6π−93​
第 4 題(1) 112​;(2) 四
第 5 題(−17, 1715​)
第 6 題(4, 32​, −3π​, −1)
第 7 題(1) (12, 5);(2) 26123​−5​
第 8 題8
第 9 題(1) 1453​​;(2) −21​
第 10 題x=−12π​ 或 −127π​
第 11 題32π​≤x≤34π​ 或 38π​≤x≤3π
第 12 題最大值 161​,最小值 −21​
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01多選 1~2:弧度角比大小、圖形的對稱與疊合

第 1 題答案 (A)。(A) 對:8π≈25.13、10π≈31.42,所以 30−8π≈4.87 落在 0 與 2π 之間,是最小正同界角。(B) 錯:π2≈9.87,而 3π≈9.42、3π+4π​≈10.21,所以 π2 在第三象限,且超過 3π 的部分不到 4π​;此時正弦、餘弦都是負的,而 ∣cosπ2∣>∣sinπ2∣,所以 sinπ2>cosπ2。(C) 錯:cos4=cos(2π−4),2π−4≈2.28;2 與 2.28 都在 0 到 π 之間,餘弦在這一段遞減,所以 cos2>cos2.28=cos4。(D) 錯:45π​≈3.93<4<23π​≈4.71,正弦在 π 到 23π​ 遞減,所以 sin4<sin45π​=−2​1​。(E) 錯:左邊用 1+cos118∘=2cos259∘,得 cos59∘=sin31∘;右邊 3sin14∘−4sin314∘=sin42∘;sin31∘<sin42∘。
(E) 右邊的式子可由 sin(2θ+θ)=sin2θcosθ+cos2θsinθ=2sinθ(1−sin2θ)+(1−2sin2θ)sinθ=3sinθ−4sin3θ 得到,取 θ=14∘。
第 2 題答案 (A)(B)(E)。(A) 對:y=sinxcosx=21​sin2x,把 x 換成 −x 時 y 變號,圖形對稱於原點。(B) 對:y=1−2sin2x=cos2x,在 x=2π​ 時 y=cosπ=−1 是最小值,餘弦型圖形對稱於通過最低點的鉛直線。(C) 錯:sinx+cosx=2​sin(x+4π​),最大值是 2​。(D) 錯:21∘+114∘=135∘,tan135∘=1−tan21∘tan114∘tan21∘+tan114∘​=−1,去分母得 tan21∘+tan114∘=−1+tan21∘tan114∘,所以 tan21∘tan114∘−tan21∘−tan114∘=1。(E) 對:2sin(x+6π​)=3​sinx+cosx,所以 y=3​sinx+3cosx=23​sin(x+3π​);x=−65π​ 時 x+3π​=−2π​,y=−23​ 是最小值,所以 x=−65π​ 是對稱軸。
沒有度的記號就是弧度;先用 π 的倍數夾出象限,再用同一段上的遞增遞減比大小。正弦型圖形的對稱軸通過最高點或最低點。

02填充 3:尖拱的弧長與面積

第 3 題B 在以 O1​ 為圓心的弧上,O1​B​=6;A 在以 O2​ 為圓心的弧上,O2​A​=6。這兩段在 AB 重疊,所以 O1​O2​​=6+6−6(2−3​)=63​。三角形 O1​CO2​ 中 O1​C​=O2​C​=6,取 O1​O2​​ 的中點 M,則 O1​M​=33​、cos∠CO1​M=633​​=23​​,所以 ∠CO1​O2​=6π​,同理 ∠CO2​O1​=6π​,高 CM=3。(1) 弧 BC 的圓心角是 6π​,弧長 =6⋅6π​=π。(2) 扇形 O1​BC 與扇形 O2​AC 合起來正好蓋住三角形 O1​CO2​,重疊的部分就是鋪色區域,所以鋪色面積 = 兩扇形面積和 − 三角形面積 =2⋅21​⋅62⋅6π​−21​⋅63​⋅3=6π−93​。
原卷左側是一張尖拱建築的照片,本頁只畫右側的作圖,並依題目數據照比例畫。
弧長是半徑乘圓心角(弧度),扇形面積是二分之一半徑平方乘圓心角;兩個扇形重疊的部分用「相加再扣掉合起來的圖形」來算。

03填充 4、9 與計算 12:和差角、倍角與二次式求極值

第 4 題由 cosα=−2sinα 得 tanα=−21​;π<α<2π 且正切為負,α 在第四象限,cosα=5​2​、sinα=−5​1​。cosβ=54​>0 且 π<β<2π,β 也在第四象限,sinβ=−53​、tanβ=−43​。(1) tan(α−β)=1+tanαtanβtanα−tanβ​=1+83​−21​+43​​=811​41​​=112​。(2) cos2α=2cos2α−1=53​、sin2α=2sinαcosα=−54​,所以 cos3α=cos2αcosα−sin2αsinα=53​⋅5​2​−54​⋅5​1​=55​2​>0;又 tanβ<0,點在第四象限。
只要判斷象限,cos3α 算到能看出正負即可;把 3α 拆成 2α+α 用和角公式就夠了。
第 9 題軌道半徑是 14,OP=14。P 到 OA 的距離 =OPsin∠AOP,所以 sin∠AOP=1411​;同理 sin∠BOP=1413​。由圖,兩個角都是銳角:(1) cos∠AOP=14142−112​​=1475​​=1453​​。(2) cos∠BOP=14142−132​​=1433​​。P 在劣弧上,α=∠AOP+∠BOP,cosα=1453​​⋅1433​​−1411​⋅1413​=19645−143​=−21​。
題幹照流傳版本的字樣:「兩者距離差 14 天文單位」指 O 與 A 相距 14。本題依附圖取兩角皆為銳角(此時 α=32π​)。只看文字的話,∠AOP 為銳角、∠BOP 為鈍角時兩角和約 163.6∘,P 仍在劣弧上,會得到 cosα=−4947​;附圖中 ∠BOP 明顯是銳角,所以取 −21​,與流傳版本的參考答案相同。
第 12 題用 sin2x=1−cos2x:f(x)=−cos2x+21​cosx。令 t=cosx,f=−t2+21​t=−(t−41​)2+161​。餘弦在 0 到 π 遞減,4π​≤x≤32π​ 時 −21​≤t≤22​​。頂點 t=41​ 在這個範圍內,最大值是 161​。圖形開口向下,最小值在離頂點較遠的端點:t=−21​ 離頂點 43​,t=22​​ 離頂點約 0.46,所以最小值在 t=−21​(即 x=32π​),f=−41​−41​=−21​。
另一個端點 t=22​​ 的值是 −21​+42​​≈−0.146,比 −21​ 大。計算題要寫出 t 的範圍再下結論。
先由角的範圍定出各三角函數值的正負,再代公式;換成 t 之後一定先寫 t 的範圍。

04填充 5、7、10:正餘弦的疊合

第 5 題82+152​=17,f(x)=17(178​cosx−1715​sinx)=17cos(x+φ),其中 cosφ=178​、sinφ=1715​。最小值 m=−17,發生在 cos(θ+φ)=−1,即 θ+φ=π+2kπ(k 為整數)。所以 sinθ=sin(π−φ)=sinφ=1715​。
檢查:此時 cosθ=cos(π−φ)=−178​,代回 8⋅(−178​)−15⋅1715​=−17289​=−17。
第 7 題(1) B 到地面的距離是 ABsinx=12sinx。直角三角形 OAB 中 ∠ABO=2π​−x,而 ∠ABC=2π​,所以 BC 與牆面向上方向的夾角是 π−2π​−(2π​−x)=x,C 比 B 高 BCcosx=5cosx。C 到地面的距離 =12sinx+5cosx,(a,b)=(12,5)。(2) 12sinx+5cosx=13sin(x+φ),其中 cosφ=1312​、sinφ=135​。由 13sin(x+φ)=2133​​ 得 sin(x+φ)=23​​。因為 sinφ=135​<21​,φ<6π​;0<x<2π​ 時 φ<x+φ<2π​+φ<32π​,這個範圍內只有 x+φ=3π​。所以 sinx=sin(3π​−φ)=23​​⋅1312​−21​⋅135​=26123​−5​。
x+φ=32π​ 會讓 x 超過 2π​,不合題目的範圍,要寫出範圍把它排除。
第 10 題3​sinx−cosx=2(23​​sinx−21​cosx)=2sin(x−6π​),所以 sin(x−6π​)=−22​​。−2π≤x≤0 時 −613π​≤x−6π​≤−6π​,這個範圍內正弦值為 −22​​ 的角是 −4π​ 與 −43π​(下一個是 −49π​,已小於 −613π​)。所以 x=−12π​ 或 −127π​。
代回檢查:x=−12π​ 時 2sin(−4π​)=−2​;x=−127π​ 時 2sin(−43π​)=−2​。
疊合之後,先寫出新角的範圍,再在範圍內找角。

05填充 6、8、11:三角函數的圖形

第 6 題a>0 時最大值 a+d=3、最小值 −a+d=−5,得 a=4、d=−1。週期 b2π​=3π,b=32​。對稱軸通過最高點或最低點,所以 x=411π​ 時 sin(32​⋅411π​+c)=±1,即 611π​+c=2π​+kπ(k 為整數),c=−34π​+kπ。配合 −2π​≤c≤0,取 k=1 得 c=−3π​。所以 (a,b,c,d)=(4,32​,−3π​,−1)。
檢查:x=411π​ 時 32​x−3π​=23π​,y=−4−1=−5,是最低點。
第 8 題正切的週期是 π,tan(x+π)=tanx。交點滿足 tanx=3sin2x,即 cosxsinx​=6sinxcosx(cosx=0)。移項得 sinx(1−6cos2x)=0,所以 sinx=0 或 cosx=±6​1​。在 −2π​≤x≤2π 內:sinx=0 有 x=0, π, 2π 共 3 個;cosx=6​1​ 在 −2π​ 到 0、0 到 2π​、23π​ 到 2π 各有 1 個,共 3 個;cosx=−6​1​ 在 2π​ 到 π、π 到 23π​ 各有 1 個,共 2 個。合計 3+3+2=8 個交點。
也可以畫圖數:y=tanx 在這個範圍內有兩支完整的圖形與最右邊半支,y=3sin2x 的週期是 π、振幅是 3;每支完整的正切圖形與它交 3 點,最右邊半支交 2 點(含 x=2π)。端點 x=−2π​ 處正切沒有定義,不算。
第 11 題在 0≤x≤2π 內,cosx=−21​ 的角是 32π​ 與 34π​,由圖形知兩者之間餘弦值不超過 −21​,所以這一段的解是 32π​≤x≤34π​。往右一個週期是 38π​≤x≤310π​,題目只到 3π,而 38π​<3π<310π​,所以這一段取 38π​≤x≤3π。解為 32π​≤x≤34π​ 或 38π​≤x≤3π。
由圖形條件求係數時,振幅與上下平移看最大最小值,b 看週期,c 用對稱軸通過最高或最低點來定。

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第 1 題的角沒有度的記號,要先用圓周率的倍數夾出象限再比大小;第 7 題第二小題疊合後要用角的範圍排除多出來的那個角;第 8 題數交點時三個正弦為零的點與兩端點都要逐一確認;第 9 題要由圖確認兩個角都是銳角再用和角公式。詳解逐題寫在本頁。

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