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)

高雄女中 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 23 題,照原卷順序

是非題 6 題(12 分)、多選題 3 題(18 分)、填充題 14 格(70 分)。原卷各大題題號各自從 1 起算,本頁依序連號:第 1~6 題是非、第 7~9 題多選、第 10~23 題填充

一、是非題(一題 2 分,共 12 分,正確請畫 ○,錯誤請畫 ×)
1
π3​ 弧度等於 601​ 度。
2
正弦函數 y=sinx 的圖形對稱於點 (π,0)。
3
將 y=sin2x 的圖形向右平移 4π​ 單位,再以 y 軸為基準線,水平伸縮為原本的 21​ 倍,可得圖形為 y=sin(4x−2π​)。
4
設 0≤x≤114π,則函數 y=tanx 和直線 y=x 的圖形共有 114 個交點。
5
sinπ2<cos3。
6
函數 y=cos∣2x∣ 的週期為 2π​。
二、多選題(一題 6 分,共 18 分,錯一個選項得 4 分,錯兩個選項得 2 分,其餘情況得 0 分)
7
設一扇形圓心角為 θ,半徑為 r,周長為 P,面積為 A,則下列選項哪些正確?
  1. (A) 若 P=20 且 θ=2,則 r=10
  2. (B) 若 P=20 且 θ=3,則 A=24
  3. (C) 若 P=20,則 A 的最大值為 25
  4. (D) 若 A=50,則當 P 有最小值,此時 θ=2
  5. (E) 若 A=50,則 P 的最小值為 102​
8
已知 23π​<θ<2π 且 sinθ=−53​,則下列選項哪些正確?
  1. (A) cosθ=54​
  2. (B) cos(θ+4π​)=102​​
  3. (C) sin2θ=25−24​
  4. (D) tan2θ​=−3
  5. (E) cos25θ​=250310​​
9
考慮函數 f(x)=∣sinx∣ 的圖形中,其中 x 為任意實數,則下列選項哪些正確?
  1. (A) f(x) 的週期為 2π​
  2. (B) 直線 x=2025π 是 f(x) 之圖形的對稱軸
  3. (C) f(x) 的最大值 1
  4. (D) f(4)>f(5)
  5. (E) 兩函數 f(x)=∣sinx∣ 和 g(x)=1001​x2 的圖形共有 11 個交點
三、填充題(一格 5 分,共 70 分)
10
化簡 1−sin34π​cos311π​​+1+tan(6−π​)2​= ____。
11
函數 f(x)=2sin(x−4π​)−62​cosx−2 的最大值為 ____。
12
已知 α 為第二象限角,β 為第三象限角,且 sinα=53​,tanβ=125​,則 sin(α+β)= ____。
13
如圖為半徑 2​ 的圓,圓心為 O,若弦 AB 垂直 OC 於 D,則 AB+OD 的最大值為 ____。
載入中...
14
函數 f(x)=πsin(kx) 的圖形中,其中 k>0。若取兩個相鄰的最高點及一個最低點形成正三角形,則 k= ____。
15
設 a、b 為正實數且 c、d 為實數,其中 0<c<π,若 y=asin(bx+c)+d 的週期為 52π​,當 x=−20π​ 時,y 有最大值 3;當 x=203π​ 時,y 有最小值 −1,求數對 (a,b,c,d)= ____。
16
求不等式 cos(x+π)≥cosx+cosπ 在 0≤x≤2π 範圍內的解為 ____。
17
若 sin(−θ)cos(2π−θ)+cosθsin(π+θ)=32​,且 sinθ<0,則 sin3θ−cos3θ= ____。
18
若 ab>0,且函數 f(x)=(acosx+bsinx)cosx 有最大值 4 及最小值 −1,則 a+b= ____。
19
如右圖,O 為原點,P(2,3),OP 與 x 軸正向夾角為 α,則過 P 點且與 x 軸正向夾角為 2α 的直線方程式為 ____。(將答案表示成 ax+by+c=0 的形式)
載入中...
20
在 0≤x≤2π 的範圍內,求 sinx+cosx=31​ 的所有實數解之和為 ____。
21
如右圖,A1​、A2​、…、A8​ 八個點將圓的圓周八等分,並連接 A1​A6​​ 及 A2​A5​​,已知鋪色區域的周長為 2+2​​+4π​,則鋪色區域的面積為 ____。
載入中...
22
設 f(x)=2​1​1−cos2x​,g(x)=2​1​1+cos2x​,且 h(x)=f(x)+g(x),對於任何實數 x,若 h(x) 的最大值為 M,最小值為 m,則數對 (M,m)= ____。
23
如右圖,已知 ∠ABC=∠ACD=∠BAD=2π​,tan∠CAD<1,且 AB=1、AD=3,則四邊形 ABCD 的面積為 ____。
載入中...
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

是非題:1=正確、2=錯誤(照原卷作答規定)

12
21
31
41
52
62
第 7 題(B)(C)(D)
第 8 題(A)(C)(E)
第 9 題(B)(C)(E)
第 10 題5
第 11 題8
第 12 題−6516​
第 13 題10​
第 14 題23​​
第 15 題(2, 5, 43π​, 1)
第 16 題3π​≤x≤35π​
第 17 題−9215​​
第 18 題7
第 19 題12x+5y−39=0
第 20 題25π​
第 21 題82​​+16π​
第 22 題(2​, 1)
第 23 題49+5​​
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是非題 1~6:弧度換算與三角函數的圖形

第 1 題2畫 ×。1 弧度 =π180​ 度,所以 π3​ 弧度 =π3​×π180​=π2540​ 度,大約 54.7 度,不是 601​ 度。
反過來才對:π3​ 度 =π3​×180π​=601​ 弧度。
第 2 題1畫 ○。取 (π,0) 兩側等距的兩點 x=π+t、x=π−t:sin(π+t)=−sint,sin(π−t)=sint,兩個函數值互為相反數,所以圖形對稱於點 (π,0)。事實上 y=sinx 與 x 軸的每個交點 (kπ,0) 都是對稱中心。
第 3 題1畫 ○。向右平移 4π​:把 x 換成 x−4π​,得 y=sin2(x−4π​)=sin(2x−2π​)。再水平伸縮為 21​ 倍:把 x 換成 2x,得 y=sin(4x−2π​)。
伸縮只把 x 換成 2x,後面的 −2π​ 不跟著乘 2。
第 4 題1畫 ○。0≤x<2π​ 這一段:x=0 是交點;0<x<2π​ 時 tanx>x,沒有其他交點。之後 y=tanx 在每個區間 (kπ−2π​,kπ+2π​) 各有一支由下往上的圖形,與直線 y=x 各交一點;因為 x>0 時直線在 x 軸上方,交點落在 tanx>0 的右半支,也就是 kπ<x<kπ+2π​。k=1,2,…,113 的交點都在 114π 以內,共 113 個;k=114 那一支的交點在 114π 右邊,不算。合計 1+113=114 個。
兩個容易數錯的地方:原點算一個;最後一支在 x≤114π 的部分 tanx≤0,碰不到直線。
第 5 題2畫 ×。π2=3π+π(π−3),而 π(π−3)≈3.14×0.14≈0.44,介於 0 與 6π​≈0.52 之間,所以 sinπ2=−sin(π(π−3))>−sin6π​=−21​。另一方面 65π​≈2.62<3<π,餘弦在這一段遞減,cos3<cos65π​=−23​​。於是 cos3<−23​​<−21​<sinπ2,原式不成立。
估值:sinπ2≈−0.43,cos3≈−0.99。
第 6 題2畫 ×。餘弦是偶函數,cos∣2x∣=cos2x,週期是 22π​=π,不是 2π​。
絕對值在裡面(cos∣2x∣)圖形不變;絕對值在外面(∣cos2x∣)週期才會減半成 2π​。
圖形題先寫出代數關係再判斷:對稱中心看 f(a+t)=−f(a−t),平移伸縮只對 x 本身代換,數交點要把頭尾兩段單獨檢查。

02多選題 7~9:扇形、倍角半角、y=|sin x| 的圖形

第 7 題答案 (B)(C)(D)。扇形弧長 rθ,所以 P=2r+rθ,A=21​r2θ。(A) 錯:r(2+2)=20,r=5。(B) 對:r(2+3)=20,r=4,A=21​⋅16⋅3=24。(C) 對:rθ=20−2r,A=21​r(20−2r)=−(r−5)2+25,r=5(此時 θ=2)時最大值 25。(D) 對、(E) 錯:A=50 得 rθ=r100​,P=2r+r100​≥22r⋅r100​​=202​,等號在 2r=r100​,即 r2=50 時成立,此時 θ=r2100​=2。最小值是 202​,不是 102​。
周長固定求面積最大、面積固定求周長最小,等號都發生在 θ=2(弧長等於兩條半徑的和)。
第 8 題答案 (A)(C)(E)。θ 在第四象限,cosθ=1−259​​=54​,(A) 對。(B) 錯:cos(θ+4π​)=22​​(cosθ−sinθ)=22​​⋅57​=1072​​。(C) 對:sin2θ=2⋅(−53​)⋅54​=−2524​。(D) 錯:43π​<2θ​<π 在第二象限,cos2θ​=−21+cosθ​​=−10​3​,sin2θ​=21−cosθ​​=10​1​,所以 tan2θ​=−31​。(E) 對:cos2θ=1−2sin2θ=257​,cos25θ​=cos(2θ+2θ​)=257​⋅(−10​3​)−(−2524​)⋅10​1​=2510​3​=250310​​。
半角公式的正負號由 2θ​ 所在象限決定,要先把 θ 的範圍除以 2。
第 9 題答案 (B)(C)(E)。(A) 錯:∣sin(x+π)∣=∣−sinx∣=∣sinx∣,週期是 π;而 f(0)=0、f(2π​)=1,2π​ 不是週期。(B) 對:f(2025π+t)=∣sint∣=f(2025π−t)。(C) 對:0≤∣sinx∣≤1,x=2π​ 時取到 1。(D) 錯:f(4)=sin(4−π),f(5)=sin(2π−5),而 4−π≈0.86、2π−5≈1.28 都在 0 到 2π​ 之間,正弦在這一段遞增,所以 f(4)<f(5)。(E) 對:兩個圖形都對稱於 y 軸,且 x=0 是交點,只要數 x>0 的部分。交點要滿足 100x2​≤1,即 x≤10,而 3π≈9.42<10。在 0<x≤π:拋物線從原點緩慢上升,只在右半段與圖形交 1 點。在 π<x≤2π 與 2π<x≤3π:頂點處 g(23π​)≈0.22、g(25π​)≈0.62 都小於 1,兩段各交 2 點。在 3π<x≤10:g(x)>0.88,但 f(x)≤sin(10−3π)≈0.54,沒有交點。所以 x>0 有 5 個,x<0 也有 5 個,加上原點共 11 個。
流傳的兩份版本中,一份選項 (E) 印作 g(x)=1001​x,另一份印作 g(x)=1001​x2。照前者,交點有 64 個,(E) 不成立;照後者,交點恰為 11 個,與參考答案相符,本頁採後者。

03填充 10~14:函數值化簡、疊合求極值、和角公式

第 10 題cos311π​=cos(4π−3π​)=21​,sin34π​=−23​​,tan(−6π​)=−3​1​。第一項 =1+23​​21​​=2+3​1​=2−3​;第二項 =1−3​1​2​=3​−123​​=3​(3​+1)=3+3​。相加得 5。
第 11 題2sin(x−4π​)=2(22​​sinx−22​​cosx)=2​sinx−2​cosx,所以 f(x)=2​sinx−72​cosx−2。疊合後振幅為 (2​)2+(72​)2​=100​=10,最大值 10−2=8。
兩項的角不同(x−4π​ 與 x),要先用差角公式展開成同一個角才能疊合。
第 12 題α 在第二象限:cosα=−54​。β 在第三象限且 tanβ=125​:sinβ=−135​,cosβ=−1312​。sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ=53​⋅(−1312​)+(−54​)⋅(−135​)=65−36+20​=−6516​。
第 13 題設 ∠AOC=θ(0<θ<2π​)。直角三角形 AOD 中 OA=2​,所以 AD=2​sinθ,OD=2​cosθ;過圓心且垂直弦的線段平分弦,AB=22​sinθ。AB+OD=2​(2sinθ+cosθ)=2​⋅5​sin(θ+φ),其中 φ 為銳角且 tanφ=21​。取 θ=2π​−φ(在範圍內)時最大,最大值 10​。
此時 tanθ=2,即 AD=2OD。
第 14 題最高點的 y 坐標是 π,最低點是 −π。相鄰兩個最高點相距一個週期 k2π​,這是正三角形的邊長;兩個最高點之間的最低點恰在中間,它到這條邊的距離 2π 是正三角形的高。所以 23​​⋅k2π​=2π,k=23​​。

04填充 15~19:決定係數、不等式、降次疊合、倍角與斜率

第 15 題週期 b2π​=52π​,b=5。a>0,最大值 a+d=3、最小值 −a+d=−1,得 a=2,d=1。x=−20π​ 時取最大值:5⋅(−20π​)+c=2π​+2nπ,c=43π​+2nπ;由 0<c<π 得 c=43π​。檢查:x=203π​ 時 5x+c=23π​,確實取最小值。答案 (2,5,43π​,1)。
第 16 題cos(x+π)=−cosx,cosπ=−1,不等式化為 −cosx≥cosx−1,即 cosx≤21​。在 0≤x≤2π 內,cosx=21​ 的解是 x=3π​、35π​,兩者之間餘弦值較小,所以解為 3π​≤x≤35π​。
cos(x+π) 不能拆成 cosx+cosπ,這題正是在比較這兩個式子。
第 17 題sin(−θ)=−sinθ,cos(2π−θ)=cosθ,sin(π+θ)=−sinθ,左式 =−2sinθcosθ=32​,得 sinθcosθ=−31​。sinθ<0,所以 cosθ>0,sinθ−cosθ<0。(sinθ−cosθ)2=1−2sinθcosθ=35​,sinθ−cosθ=−315​​。由立方差公式,sin3θ−cos3θ=(sinθ−cosθ)(1+sinθcosθ)=−315​​⋅32​=−9215​​。
第 18 題f(x)=acos2x+bsinxcosx=2a​+21​(acos2x+bsin2x)。疊合後最大值 2a​+21​a2+b2​=4,最小值 2a​−21​a2+b2​=−1。兩式相加得 a=3,相減得 a2+b2​=5,b=±4。由 ab>0 取 b=4,a+b=7。
先用倍角公式把 cos2x、sinxcosx 降成 2x 的一次式,才能疊合。
第 19 題tanα 是 OP 的斜率 23​。所求直線的斜率是 tan2α=1−tan2α2tanα​=1−49​3​=−512​。過 P(2,3):y−3=−512​(x−2),整理得 12x+5y−39=0。
α 超過 4π​,所以 2α 是鈍角,斜率為負,與圖形相符。

05填充 20~23:疊合解方程式、八等分圓、根式化簡、四邊形面積

第 20 題sinx+cosx=2​sin(x+4π​),令 t=x+4π​,則 4π​≤t≤49π​,且 sint=32​1​=62​​。設銳角 φ 滿足 sinφ=62​​;因為 62​​<22​​,所以 φ<4π​。sint=62​​ 的解是 t=φ+2nπ 或 t=π−φ+2nπ,落在範圍內的只有 t=π−φ 與 t=2π+φ(t=φ 小於 4π​,不合)。兩個 t 的和是 3π,所以兩個 x 的和是 3π−2⋅4π​=25π​。
不必求出 φ,但要用 φ<4π​ 判斷哪兩個解在範圍內;若誤取 t=φ 與 t=π−φ,會得到 2π​。
第 21 題設半徑為 r,圓心為 O。相鄰兩點所夾的圓心角是 4π​。鋪色區域的邊界是兩段弧 A1​A2​、A5​A6​ 與兩條弦 A1​A6​​、A2​A5​​。每段弧長 4π​r;兩條弦所對的圓心角都是 43π​,弦長 2rsin83π​,而 sin83π​=cos8π​=21+cos4π​​​=22+2​​​,弦長為 r2+2​​。周長 =2r(2+2​​+4π​)=2+2​​+4π​,得 r=21​。把 O 與四個點連起來,鋪色區域分成兩個圓心角 4π​ 的扇形與兩個頂角 43π​ 的等腰三角形:面積 =2⋅21​r2⋅4π​+2⋅21​r2sin43π​=16π​+82​​。
兩條弦互相平行、分別在圓心兩側,所以圓心在鋪色區域內,才能這樣分割。
第 22 題由倍角公式 1−cos2x=2sin2x、1+cos2x=2cos2x,得 f(x)=∣sinx∣,g(x)=∣cosx∣,h(x)=∣sinx∣+∣cosx∣≥0。平方:h(x)2=1+2∣sinxcosx∣=1+∣sin2x∣,而 0≤∣sin2x∣≤1,所以 1≤h(x)2≤2。最大值 M=2​(例如 x=4π​),最小值 m=1(例如 x=0)。
sin2x​=∣sinx∣,絕對值不可省;省掉會把最小值算成 −2​。
第 23 題設 ∠CAD=θ。直角三角形 ACD(直角在 C)中 AD=3,所以 AC=3cosθ,CD=3sinθ。因為 ∠BAD=2π​,∠BAC=2π​−θ;直角三角形 ABC(直角在 B)中 AB=ACsinθ=3sinθcosθ,BC=ACcosθ=3cos2θ。由 AB=1 得 sin2θ=32​;tanθ<1 表示 0<θ<4π​,2θ 是銳角,cos2θ=35​​。面積 =21​AB⋅BC+21​AC⋅CD=23​cos2θ+29​sinθcosθ=43​(1+cos2θ)+49​sin2θ=43​+45​​+23​=49+5​​。
條件 tan∠CAD<1 用來決定 cos2θ 取正;若取負,面積會變成 49−5​​。
解出來的角或邊有兩種可能時,回頭找題目給的範圍條件(角的範圍、象限、不等式)來取捨,並把取捨的理由寫出來。

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高雄女中 114 上 高二第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 4 題正切圖形與直線的交點要把原點和最後一支分開數、第 9 題選項 E 要分段數交點、第 20 題疊合後要用角的範圍判斷哪兩個解合用,以及第 23 題要用正切小於一的條件決定餘弦取正。詳解逐題寫在本頁。

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