御藍教育/段考卷/高二

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

岡山高中 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 25 題,照原卷順序

多重選擇題 4 題、填充題 18 題、混合題 1 題組 3 小題,共 25 題(流傳版本未印配分)

一、多重選擇題
1
下列敘述,何者正確?
  1. (A) sin2θ=2sinθcosθ
  2. (B) cos2θ=sin2θ−cos2θ
  3. (C) sin22.5∘=21−cos45∘​​
  4. (D) cos122.5∘=21+cos245∘​​
  5. (E) tan15∘=1+cos30∘sin30∘​
2
如圖,將矩形紙張 ABCD 的右下角沿 EF 摺起,恰使得 A 點落在 BC 邊的 G 點上,已知 AF=5、BF=3,設 ∠AEF=θ,下列何者正確?
  1. (A) ∠BFG=2θ
  2. (B) cos2θ=53​
  3. (C) cos2θ=54​
  4. (D) AE=10
  5. (E) AE=12
載入中...
3
小華在摩天輪某車廂到達最低點時進入乘坐,假設此車廂 t 秒後距離地面的高度為 h=f(t)=40sin(600π​t+23π​)+80 公尺,則下列何者正確?
  1. (A) 車廂離地面最高為 80 公尺
  2. (B) 車廂離地面最低為 40 公尺
  3. (C) t=600 時此車廂來到摩天輪的最高點
  4. (D) 摩天輪轉一圈的週期為 1200π 秒
  5. (E) 直線 t=600 為此函數圖形的對稱軸
4
圖是函數 y=asinx+bcosx+c 圖形的一部分,下列何者正確?
  1. (A) 此函數的週期為 2π
  2. (B) 此函數的振幅為 2
  3. (C) a=3​
  4. (D) b=3​
  5. (E) c=2
載入中...
二、填充題(卷面題號 1~18,本頁接續編為第 5~22 題)
5
f(x)=3sinx+4,則 f(x) 的最大值為 ____。
6
已知一扇形半徑為 12 公分,圓心角為 60∘,試求此扇形的弧長為 ____。
7
試求 cos77∘cos17∘+sin77∘sin17∘= ____。
8
已知 θ 為銳角,且 sinθ=1312​,試求 cos2θ= ____。
9
如圖,此摺扇完全打開時,圓心角為 120∘,試求扇面的面積 ____。
載入中...
10
設 0∘<α<180∘,0∘<β<180∘,且 cosα=54​,cosβ=−135​,試求 sin(α−β)= ____。
11
已知 θ 為第二象限角且 sinθ=54​,則 tan2θ= ____。
12
已知 0≤x≤π 且 3​sinx+cosx=1,x= ____。
13
圖中的小方格都是邊長為 1 的正方形,求 tanθ= ____。
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14
方程式 12sinx−x=0 共有 ____ 個實數解。
15
以正方形 OABC 的 O 為圓心,OA 為半徑,作弧 ACD⌢。已知正方形 OABC 面積為 64,ACD⌢ 弧長為 16,試求扇形 COD 面積 ____。
載入中...
16
試求 y=23​sinxcosx+2cos2x−2 的最大值為 ____。
17
直線 L1​:x−2y=0,現以原點為中心,將 L1​ 逆時針旋轉 45∘ 後的直線方程式為 ____。
18
如圖,若 OD=24,試求 AB 的長度為 ____。
載入中...
19
在 0≤x≤2π 範圍內,滿足 sinx=−31​ 的解為 x=α,β,求 α+β= ____。
20
若 sinθ+cosθ=31​,求 sin2θ= ____。
21
滿足 0<x<2π,求不等式:cosx<cos2x 的解為 ____。
22
如圖,在 △ABC 中,∠ABC=90∘,AB=4,BC=3,若以 AC 為軸將 △ABC 翻轉得共平面的 △AB′C,則 B′ 點到 AB 的距離為 ____ 公尺。
載入中...
四、混合題(卷面小題 (1)~(3),本頁編為第 23~25 題)
23-25 題組(第 23~25 題) 如圖,圓形花園的半徑為 100 公尺,主人打算在花園內建造一個轉兩個直角彎的折線造型步道(如圖的粗線 A→B→C→D),其中 O 點為圓心,AB⊥BC,BC⊥CD 且 OB=OC,試回答下列問題。
23
若 ∠AOB=θ,則步道總長 AB+BC+CD=
  1. (A) 200
  2. (B) 50sinθ+50cosθ
  3. (C) 100sinθ+100cosθ
  4. (D) 100sinθ+100cosθ+100
  5. (E) 200sinθ+200cosθ
載入中...
24
步道總長最長為多少公尺?
25
步道總長最長時,AB、BC 的長度分別為多少公尺?
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)(C)(E)
第 2 題(A)(B)(D)
第 3 題(B)(C)(E)
第 4 題(A)(B)(C)
第 5 題7
第 6 題4π(公分)
第 7 題21​
第 8 題−169119​
第 9 題252π(平方公分)
第 10 題−6563​
第 11 題724​
第 12 題0 或 32π​
第 13 題74​
第 14 題7
第 15 題64−16π
第 16 題1
第 17 題3x−y=0
第 18 題3
第 19 題3π
第 20 題−98​
第 21 題32π​<x<34π​
第 22 題2596​
第 23 題(E)
第 24 題2002​ 公尺
第 25 題AB=502​ 公尺,BC=1002​ 公尺
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01多重選擇 1~4:公式的形式、摺紙、摩天輪與由圖形反推係數

第 1 題答案 (A)(C)(E)。(A) 對:正弦的倍角公式。(B) 錯:cos2θ=cos2θ−sin2θ,選項的正負號相反。(C) 對:半角公式 sin22α​=21−cosα​,取 α=45∘,而 sin22.5∘>0,開根號取正。(D) 錯:122.5∘ 在第二象限,cos122.5∘<0,應為 −21+cos245∘​​。(E) 對:1+cos30∘sin30∘​=2cos215∘2sin15∘cos15∘​=tan15∘。
流傳版本選項 (A) 印作「sin2θ=2sinθcosθsin」,末尾多一個 sin,依答案應為 sin2θ=2sinθcosθ。半角公式開根號前要先看角在第幾象限,決定正負。
第 2 題答案 (A)(B)(D)。摺起來的 △GEF 與原來的 △AEF 全等,所以 FG=FA=5,∠GFE=∠AFE。直角三角形 AEF 中 ∠A=90∘,∠AFE=90∘−θ,因此 ∠AFG=2(90∘−θ)=180∘−2θ,∠BFG=180∘−∠AFG=2θ,(A) 對。直角三角形 BFG 中 cos2θ=FGBF​=53​,(B) 對、(C) 錯。由 cos2θ=2cos2θ−1=53​ 得 cos2θ=54​、sin2θ=51​,θ 是銳角,tanθ=21​。直角三角形 AEF 中 tanθ=AEAF​,AE=1/25​=10,(D) 對、(E) 錯。
檢查:BG=52−32​=4,AB=8;以 B 為原點,G(0,4)、E(8,10),EG=82+62​=10=EA,與摺紙相符。
第 3 題答案 (B)(C)(E)。正弦值在 −1 與 1 之間,所以 40≤h≤120:最高 120 公尺、最低 40 公尺,(A) 錯、(B) 對。(C) t=600 時角度為 π+23π​=25π​,sin25π​=1,h=120 是最高點,對。(D) 週期 =2π÷600π​=1200 秒,不是 1200π 秒,錯。(E) 正弦型圖形對稱於通過最高點(或最低點)的鉛直線,t=600 正是最高點的位置,對。
t=0 時 sin23π​=−1,h=40,與「在最低點進入乘坐」相符。
第 4 題答案 (A)(B)(C)。由圖,最大值 3、最小值 −1:c=23+(−1)​=1,振幅 =23−(−1)​=2,(B) 對、(E) 錯。相鄰的最高點 x=3π​ 與最低點 x=34π​ 相距 π,是半個週期,週期 2π,(A) 對。把函數疊合成 y=2sin(x+φ)+1,最高點在 x=3π​:3π​+φ=2π​,φ=6π​。展開 2sin(x+6π​)=2sinxcos6π​+2cosxsin6π​=3​sinx+cosx,所以 a=3​、b=1,(C) 對、(D) 錯。
c 是最大值與最小值的平均,不是振幅;振幅才是 2。
正弦型函數先看最大值與最小值:平均是上下平移,差的一半是振幅;最高點與最低點的橫向距離是半個週期。

02填充 5~9:最大值、扇形與基本公式

第 5 題−1≤sinx≤1,所以 1≤3sinx+4≤7,最大值為 7(sinx=1 時)。
第 6 題60∘=3π​ 弧度,弧長 = 半徑 × 圓心角 =12×3π​=4π(公分)。
弧長公式 s=rθ 的 θ 要用弧度。
第 7 題這是餘弦差角公式 cos(A−B)=cosAcosB+sinAsinB 的右邊,原式 =cos(77∘−17∘)=cos60∘=21​。
第 8 題cos2θ=1−2sin2θ=1−2⋅169144​=−169119​。
用 1−2sin2θ 這個形式不必先求 cosθ。
第 9 題由圖,扇骨全長 30 公分,扇面寬 18 公分,所以扇面內緣的半徑是 30−18=12 公分。120∘=32π​ 弧度。扇面面積 = 大扇形 − 小扇形 =21​⋅302⋅32π​−21​⋅122⋅32π​=300π−48π=252π(平方公分)。
18 公分是扇面的寬度,不是小扇形的半徑;小扇形的半徑是 12 公分。
扇形的弧長是 rθ、面積是 ½r²θ,θ 一律用弧度;環狀的扇面用大扇形減小扇形。

03填充 10~14:和差角、倍角、疊合與圖形交點

第 10 題α、β 都在 0∘ 與 180∘ 之間,正弦為正:sinα=53​,sinβ=1312​。sin(α−β)=sinαcosβ−cosαsinβ=53​⋅(−135​)−54​⋅1312​=−6515​−6548​=−6563​。
第 11 題第二象限角的餘弦為負:cosθ=−53​,tanθ=−34​。tan2θ=1−tan2θ2tanθ​=1−916​−38​​=−97​−38​​=724​。
檢查:sin2θ=2⋅54​⋅(−53​)=−2524​,cos2θ=1−2⋅2516​=−257​,相除得 724​。
第 12 題左邊 =2(23​​sinx+21​cosx)=2sin(x+6π​),所以 sin(x+6π​)=21​。0≤x≤π 時 6π​≤x+6π​≤67π​,這個範圍內 x+6π​=6π​ 或 65π​,得 x=0 或 32π​。
代回檢查:x=0 時 0+1=1;x=32π​ 時 3​⋅23​​−21​=1。端點 x=0 也是解,不要漏掉。
第 13 題以左下角為頂點,設較陡的線段與底邊的夾角為 α、較平的線段與底邊的夾角為 β。較陡的線段向右 1 格、向上 2 格,tanα=2;較平的線段向右 3 格、向上 2 格,tanβ=32​。θ=α−β,tanθ=1+tanαtanβtanα−tanβ​=1+34​2−32​​=37​34​​=74​。
第 14 題方程式即 sinx=12x​,看 y=sinx 與直線 y=12x​ 的交點個數。因為 −1≤sinx≤1,交點只會在 −12≤x≤12,而 3π≈9.42<12<4π≈12.57。x>0 時正弦圖形在 0<x<π 與 2π<x<3π 兩段在 x 軸上方:0<x<π 這段,原點附近正弦圖形比直線陡、在直線上方,到 x=π 時 0<12π​ 落到直線下方,有 1 個交點;2π<x<3π 這段,兩端正弦值為 0、低於直線,頂點 x=25π​ 處直線的高度 245π​≈0.65<1,正弦圖形高於直線,有 2 個交點;3π<x<4π 時正弦值為負,而 x≥4π 時直線已超過 1,都沒有交點。x>0 共 3 個。兩個圖形都對稱於原點,x<0 也有 3 個,再加上 x=0,共 7 個。
載入中...
原點本身是一個交點,要算一次,也只算一次。
疊合之後先寫出新角的範圍,再在範圍內找角;數實數解的個數就畫兩個圖形數交點。

04填充 15~18:扇形面積、降次疊合、直線旋轉與連續直角三角形

第 15 題正方形面積 64,邊長 8,所以半徑 OA=8。扇形 AOD(弧 ACD⌢ 所對)的面積 =21​× 半徑 × 弧長 =21​⋅8⋅16=64;扇形 AOC 的圓心角是直角,面積 =41​⋅π⋅82=16π。扇形 COD 面積 =64−16π。
也可以先求圓心角:∠AOD=816​=2 弧度,∠COD=2−2π​,面積 =21​⋅82⋅(2−2π​)=64−16π(約 13.7)。
第 16 題用倍角公式 2sinxcosx=sin2x、2cos2x=1+cos2x:y=3​sin2x+(1+cos2x)−2=3​sin2x+cos2x−1。疊合:3​sin2x+cos2x=2sin(2x+6π​),所以 y=2sin(2x+6π​)−1,最大值為 2−1=1。
x 沒有限制範圍,sin(2x+6π​) 取得到 1(例如 x=6π​)。
第 17 題L1​ 的斜率為 21​,設 L1​ 的斜角為 α,tanα=21​。逆時針旋轉 45∘ 後斜角變成 α+45∘,新斜率 =tan(α+45∘)=1−tanαtanα+1​=1−21​21​+1​=3。L1​ 通過原點,以原點為中心旋轉後仍通過原點,所以新直線為 y=3x,即 3x−y=0。
旋轉中心在直線上,旋轉後的直線才一定通過同一點。
第 18 題由圖,∠AOB=∠BOC=15∘、∠COD=60∘,直角分別在 A、B、C。直角三角形 OCD:OC=ODcos60∘=12。直角三角形 OBC:OB=OCcos15∘=12cos15∘。直角三角形 OAB:AB=OBsin15∘=12sin15∘cos15∘=6sin30∘=3。
流傳版本題幹印作「若 OD−24」,依答案應為 OD=24。最後一步用倍角公式 2sin15∘cos15∘=sin30∘,不必求出 sin15∘ 的值。
看到 sin x cos x 與 cos²x 就用倍角公式降成 2x 的一次式,再疊合。

05填充 19~22:方程式的解、平方關係、不等式與翻轉

第 19 題sinx=−31​<0,解在第三、四象限。設銳角 φ 滿足 sinφ=31​,則兩解為 π+φ 與 2π−φ,α+β=(π+φ)+(2π−φ)=3π。
從圖形看:y=sinx 在 π≤x≤2π 這一段對稱於直線 x=23π​,兩解的平均是 23π​,和就是 3π。
第 20 題兩邊平方:sin2θ+2sinθcosθ+cos2θ=91​,即 1+sin2θ=91​,sin2θ=−98​。
第 21 題用 cos2x=2cos2x−1,不等式化為 2cos2x−cosx−1>0,即 (2cosx+1)(cosx−1)>0。0<x<2π 時 cosx<1,cosx−1<0,所以需要 2cosx+1<0,即 cosx<−21​。在 0<x<2π 內,cosx=−21​ 的角是 32π​ 與 34π​,兩者之間餘弦值更小,所以 32π​<x<34π​。
檢查:x=π 時 cosπ=−1<cos2π=1,成立;x=2π​ 時 0<−1 不成立。
第 22 題AC=42+32​=5。設 ∠BAC=φ,sinφ=53​、cosφ=54​。以 AC 為軸翻轉後 AB′=AB=4,∠B′AC=φ,所以 ∠B′AB=2φ。B′ 到 AB 的距離 =AB′sin2φ=4⋅2sinφcosφ=4⋅2⋅53​⋅54​=2596​。
2φ 仍是銳角(cos2φ=257​>0),B′ 到直線 AB 的垂足落在線段 AB 上。題幹的邊長沒有寫單位,答案的單位照題末所印的公尺。
翻轉、摺紙都是對稱:長度不變、角度變兩倍,接下來就是倍角公式。

06混合題 23~25:把步道總長寫成 θ 的函數再疊合

第 23 題答案 (E)。由圖,A、D 在圓周上,OA=OD=100;O 在 BC 上且 OB=OC。直角三角形 OAB(∠B=90∘、∠AOB=θ):AB=100sinθ,OB=100cosθ。所以 BC=2OB=200cosθ。直角三角形 OCD(∠C=90∘):OC=100cosθ、OD=100,CD=1002−(100cosθ)2​=100sinθ。總長 =100sinθ+200cosθ+100sinθ=200sinθ+200cosθ。
流傳版本題幹印作「圖形花園」,依圖應為「圓形花園」;卷面上步道的形狀是用一個小圖示表示,本頁改用文字描述。兩個直角三角形 OAB、OCD 全等,所以 CD=AB。
第 24 題總長 L=200(sinθ+cosθ)。疊合:sinθ+cosθ=2​(22​​sinθ+22​​cosθ)=2​sin(θ+45∘),所以 L=2002​sin(θ+45∘)。θ 是直角三角形的銳角,0∘<θ<90∘,45∘<θ+45∘<135∘,這個範圍包含 90∘,所以 sin(θ+45∘) 取得到 1,L 的最大值為 2002​ 公尺(約 282.8 公尺)。
非選題要寫出疊合的式子,並說明 θ+45∘ 的範圍包含 90∘,最大值才取得到。
第 25 題最大值發生在 θ+45∘=90∘,即 θ=45∘。此時 AB=100sin45∘=502​ 公尺,BC=200cos45∘=1002​ 公尺。
檢查:CD=AB=502​,三段相加 502​+1002​+502​=2002​,與上一題相符。
先用一個角把每一段長度寫出來,總長變成 a sinθ + b cosθ,再疊合求最大值。

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岡山高中 114 上 高二第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 2 題要從摺紙的全等看出角 BFG 等於兩倍的 θ、第 4 題要由最高點的位置把疊合後的式子展開回去求係數、第 14 題用圖形數交點時原點要算一次且只算一次,以及第 21 題要把不等式化成餘弦的二次式再判斷正負。詳解逐題寫在本頁。

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