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)

羅東高中 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 17 題,照原卷順序

單選題 4 題(16 分)、多選題 3 題(21 分)、填充題 10 題共 11 格(55 分);流傳版本卷面所印配分合計 92 分

一、單選題(占 16 分)說明:第 1 題至第 4 題,每題 4 分。
1
大部分的聲音,由好幾種頻率混合而成,波形複雜。而音叉振動時,只會發出單一頻率,波形最為單純,因此可做為調音的工具。下圖為音叉發出的聲音在儀器上的圖形,其中 y 為震動的位移(公分),t 為時間(秒),假設其波形為正弦函數的圖形 y=sinat,試回答以下問題:正弦函數 y=sinat 的圖形之週期為下列哪一個選項?
  1. (1) 1001​ 秒
  2. (2) 2001​ 秒
  3. (3) 3001​ 秒
  4. (4) 4001​ 秒
  5. (5) 5001​ 秒
載入中...
2
設 a=sin2,則下列選項何者正確?
  1. (1) 2−3​​<a<2−1​
  2. (2) 2−1​<a<0
  3. (3) 0<a<21​
  4. (4) 21​<a<23​​
  5. (5) 23​​<a<1
3
設函數 f(x)=23​sin(x+3π​)−4cosx+3,0≤x≤π,若 f(x) 的最大值為 M,最小值為 m,則 M−m=?
  1. (1) 2
  2. (2) 3
  3. (3) 4
  4. (4) 5
  5. (5) 7
4
設 0≤θ≤2π。已知所有滿足 sin2θ>sinθ 且 cos2θ>cosθ 的 θ 可表為 aπ<θ<bπ,其中 a,b 為實數,試問 b−a 值為何?
  1. (1) 31​
  2. (2) 21​
  3. (3) 32​
  4. (4) 43​
  5. (5) 1
二、多選題(占 21 分)說明:第 5 題至第 7 題,每題 7 分。(7-4.2-1.4-0)
5
下列選項何者正確?
  1. (1) 1−tan80∘tan40∘tan80∘+tan40∘​=−3​
  2. (2) 2sin7.5∘cos7.5∘=46​−2​​
  3. (3) 2sin275∘−1=cos150∘
  4. (4) cos215∘−sin215∘=23​​
  5. (5) 1−tan210∘tan10∘​=tan20∘
6
如圖是 y=2cosx,y=cos3x,y=2sin(x−6π​) 的部分圖形,下列哪些敘述正確?
  1. (1) y=f(x) 與 y=h(x) 的週期相同
  2. (2) y=cos3x 圖形為 y=f(x)
  3. (3) y=2sin(x−6π​) 圖形為 y=f(x)
  4. (4) 2sin(x−6π​) 的圖形向左平移 32π​,即得 y=2cosx 的圖形
  5. (5) y=cos3x 的圖形水平伸縮 31​ 倍,再鉛直伸縮 2 倍,即得 y=2cosx 的圖形
載入中...
7
已知直線 x=185π​ 為函數 f(x)=asin3x−cos3x 圖形的對稱軸,試選出正確的選項。
  1. (1) 函數 f(x) 的圖形與 y 軸的交點為 (0, 1)
  2. (2) 函數 f(x) 的週期為 32π​
  3. (3) 函數 f(x) 的振幅為 33​​
  4. (4) 函數 f(x) 的最大值為 323​​
  5. (5) 函數 f(x) 的圖形對稱於點 (94π​, 0)
三、填充題(占 55 分)說明:第 8 題至第 17 題,每格 5 分。
8
圖是由三個直角三角形堆疊而成的圖形,其中 θ=7.5∘。已知 OD=16,∠COB=∠BOA=θ,∠DOC=2θ,求 AB 長 = ____。
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9
求 2​cos45π​+sin23π​−sin(−6π​)+sin232π​= ____。
10
方程式 sinx=3−2​,試問:(1) 在 0≤x≤4π 內有 ____ 個實根。(2) 承 (1),這些實根總和為 ____ π。
11
y=sinx 和 y=sin2x 的函數圖形在 −2π≤x≤2π 時有 ____ 個交點。
12
若函數 f(x)=2sin(21​x+θ) 的部分圖形如圖所示,其中 0≤θ≤2π,則 θ 的值為 ____ π。
載入中...
13
若 0≤x≤2π,解不等式 4cos2x−4cosx−3≥0,試求 x 的範圍。Ans:____ π≤x≤ ____ π。
14
已知 0≤x≤2π,求方程式 sinx+3​cosx=1 的實數解。Ans:x= ____ π 或 x= ____ π。
15
直線 L 與 x 軸有一條斜率為 21​ 的角平分線,若 L 的斜率為正,試求 L 的斜率為 ____。
載入中...
16
若有一扇形的面積為 25,則此扇形周長的最小值為 ____。
17
求函數 y=2sin(6π​−x)−2cosx 的最小值為 ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(4)
第 2 題(5)
第 3 題(2)
第 4 題(1)
第 5 題(1)(2)(4)
第 6 題(1)(4)
第 7 題(2)(4)(5)
第 8 題2
第 9 題−43​
第 10 題(1) 4 個;(2) 10π
第 11 題9
第 12 題θ=61​π
第 13 題32​π≤x≤34​π
第 14 題x=21​π 或 x=611​π
第 15 題34​
第 16 題20
第 17 題−2
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 1~4 題):讀週期、弧度的大小、疊合求極值、倍角不等式

第 1 題答案 (4)。圖形從原點出發,到虛線為止剛好是 4 個完整的波(每個波一個山峰加一個山谷),這 4 個波共花 1001​ 秒。一個波所花的時間就是週期,所以週期 =1001​÷4=4001​ 秒。
1001​ 秒是整段圖形的時間,不是一個波的時間。順帶一提,週期 a2π​=4001​,可得 a=800π。
第 2 題答案 (5)。這裡的 2 沒有度的記號,是 2 弧度。2π​≈1.571,32π​≈2.094,所以 2π​<2<32π​。正弦函數在 2π​ 到 π 這段遞減,因此 sin32π​<sin2<sin2π​,即 23​​<a<1。
2 弧度約 114.6∘,在第二象限,正弦值是正的;實際值 sin2≈0.909。
第 3 題答案 (2)。先用和角公式展開:23​sin(x+3π​)=23​(21​sinx+23​​cosx)=3​sinx+3cosx。所以 f(x)=3​sinx−cosx+3=2(23​​sinx−21​cosx)+3=2sin(x−6π​)+3。0≤x≤π 時 −6π​≤x−6π​≤65π​,這段裡正弦值最大是 1(角為 2π​ 時),最小是 −21​(角為 −6π​ 時)。M=2+3=5,m=−1+3=2,M−m=3。
最小值不是 −2+3=1:角的範圍到不了 −2π​,正弦值最小只到 −21​(發生在 x=0)。
第 4 題答案 (1)。先看第二個不等式:cos2θ=2cos2θ−1,所以 2cos2θ−cosθ−1>0,(2cosθ+1)(cosθ−1)>0。因為 cosθ−1≤0,要乘積為正只能 2cosθ+1<0,即 cosθ<−21​,32π​<θ<34π​。再看第一個:sin2θ=2sinθcosθ,所以 sinθ(2cosθ−1)>0。在上面的範圍內 cosθ<−21​,2cosθ−1<0,所以需要 sinθ<0,即 π<θ<2π。兩者同時成立:π<θ<34π​,a=1、b=34​,b−a=31​。
流傳版本題幹第一句印作「設 0≤x≤2π」,題目裡的變數是 θ,依題意應為 0≤θ≤2π,本頁題幹已更正。檢查:取 θ=67π​,sin2θ=23​​>−21​,cos2θ=21​>−23​​,兩式都成立。

02多選題(第 5~7 題):公式的形狀、三條圖形、對稱軸與疊合

第 5 題答案 (1)(2)(4)。(1) 是正切和角公式的形狀,左式 =tan(80∘+40∘)=tan120∘=−3​,對。(2) 左式 =sin15∘=sin(45∘−30∘)=22​​⋅23​​−22​​⋅21​=46​−2​​,對。(3) cos2θ=1−2sin2θ,所以 2sin275∘−1=−cos150∘=23​​,而 cos150∘=−23​​,差一個負號,錯。(4) 左式 =cos30∘=23​​,對。(5) 正切的二倍角公式是 tan20∘=1−tan210∘2tan10∘​,分子少了 2,左式只有 21​tan20∘,錯。
流傳版本選項 (2) 的右式印作 26​−2​​,照這樣印 (2) 不成立(sin15∘=46​−2​​≈0.259,而 26​−2​​≈0.518),答案會是 (1)(4);流傳版本的參考答案寫 (1)(2)(4),依答案分母應為 4,本頁選項已更正。另外,選項 (3) 流傳版本印作「2sin275∘− =cos150∘」,減號後漏印一個數,本頁依倍角公式的形狀補為 1;要讓等式成立得減去 1+3​,補任何整數都不成立,不影響答案。
第 6 題答案 (1)(4)。先認圖:y=g(x) 的振幅是 1、起伏最密(週期 32π​),是 y=cos3x。y=f(x) 振幅 2,在 x=2π 最高、在 x=π 與 3π 最低,是 y=2cosx。剩下的 y=h(x) 是 y=2sin(x−6π​)。(1) 對:f、h 的週期都是 2π。(2)(3) 錯:cos3x 是 g,2sin(x−6π​) 是 h。(4) 對:向左平移 32π​ 是把 x 換成 x+32π​,得 2sin(x+32π​−6π​)=2sin(x+2π​)=2cosx。(5) 錯:水平伸縮 31​ 倍是把 x 換成 3x,得 y=cos9x,圖形更密;要從 cos3x 變回 cosx,水平方向應該伸縮 3 倍。
檢查 h:2sin(x−6π​) 在 x−6π​=2π​+2π,即 x=38π​ 時最高,落在 2π 與 3π 之間,與圖中點線的山峰位置相符。
第 7 題答案 (2)(4)(5)。疊合後 f(x)=a2+1​sin(3x−φ),對稱軸一定通過最高點或最低點,所以 f(185π​)=±a2+1​。代入:3x=65π​,f(185π​)=a⋅21​−(−23​​)=2a+3​​。兩邊平方:(a+3​)2=4(a2+1),3a2−23​a+1=0,(3​a−1)2=0,a=33​​。於是 f(x)=33​​sin3x−cos3x=323​​(21​sin3x−23​​cos3x)=323​​sin(3x−3π​)。(1) 錯:f(0)=−1,交點是 (0,−1)。(2) 對:週期 32π​。(3) 錯:振幅是 323​​。(4) 對。(5) 對:f(94π​)=323​​sin(34π​−3π​)=323​​sinπ=0,圖形與 x 軸的交點就是對稱中心。
33​​ 是 a 的值,不是振幅;振幅要算 a2+1​=31​+1​=323​​。

03填充題(第 8~12 題):二倍角連用、特別角、根的個數與和、讀圖

第 8 題從最外面的三角形往內算。直角三角形 OCD(直角在 C):OC=16cos2θ。直角三角形 OBC(直角在 B):OB=OCcosθ=16cos2θcosθ。直角三角形 OAB(直角在 A):AB=OBsinθ=16cos2θcosθsinθ。用 2sinθcosθ=sin2θ 兩次:16cos2θ⋅21​sin2θ=8sin2θcos2θ=4sin4θ。4θ=30∘,所以 AB=4sin30∘=2。
7.5∘ 不是特別角,不要直接算 sin7.5∘;把式子收成 sin4θ 才會變成特別角 30∘。
第 9 題逐項算:cos45π​=−22​​,所以 2​cos45π​=−1;sin23π​=−1;sin(−6π​)=−21​,前面有減號,變成 +21​;sin32π​=23​​,平方是 43​。合計 −1−1+21​+43​=−43​。
三個圈號格依序是負號、3、4。
第 10 題(1) sinx=−32​ 是負的,解在正弦圖形的「山谷」裡。0≤x≤4π 有兩個山谷:(π,2π) 與 (3π,4π),水平線 y=−32​ 與每個山谷各交 2 點,共 4 個實根。(2) 每個山谷對稱於它的最低點:第一個山谷的兩根對稱於 x=23π​,和為 3π;第二個山谷的兩根對稱於 x=27π​,和為 7π。總和 3π+7π=10π。
不必求出每個根的值;兩根對稱於 x=c 時,和就是 2c。
第 11 題交點的 x 坐標滿足 sin2x=sinx。用二倍角公式:2sinxcosx−sinx=0,sinx(2cosx−1)=0。sinx=0:x=−2π, −π, 0, π, 2π,共 5 個。cosx=21​:x=±3π​, ±35π​,共 4 個。兩組沒有重複,合計 9 個交點。
不可以兩邊同除以 sinx,那樣會漏掉 sinx=0 的 5 個交點;兩個端點 x=±2π 也在範圍內。
第 12 題圖形的最高點在 x=32π​,此時正弦裡面的角是 2π​+2kπ(k 為整數):21​⋅32π​+θ=2π​+2kπ,θ=6π​+2kπ。0≤θ≤2π,所以 θ=6π​,格內填 61​。
流傳版本題幹印作「其中 0≤x≤2π」,但圖形畫到 4π,而且若不限制 θ,θ 加上 2π 的整數倍都符合圖形;依答案應為 0≤θ≤2π,本頁題幹已更正。檢查另一個已知點:x=−3π​ 時 2sin(−6π​+6π​)=0,與圖相符。

04填充題(第 13~17 題):三角不等式、疊合解方程式、正切二倍角、扇形、疊合求極值

第 13 題把 cosx 當成一個數來分解:4cos2x−4cosx−3=(2cosx−3)(2cosx+1)≥0,所以 cosx≥23​ 或 cosx≤−21​。餘弦值不會超過 1,前者不可能;只剩 cosx≤−21​。在 0≤x≤2π 內,cosx=−21​ 發生在 x=32π​ 與 34π​,兩者之間餘弦值更小,所以 32​π≤x≤34​π。
2cosx−3 恆為負,所以原不等式其實就是 2cosx+1≤0。
第 14 題疊合:sinx+3​cosx=2(21​sinx+23​​cosx)=2sin(x+3π​),方程式變成 sin(x+3π​)=21​。0≤x≤2π 時 3π​≤x+3π​≤37π​;這個範圍內正弦值為 21​ 的角是 65π​ 與 613π​。所以 x=65π​−3π​=2π​ 或 x=613π​−3π​=611π​。
6π​ 比 3π​ 小,不在角的範圍內,要改取下一圈的 613π​。驗算:x=611π​ 時 −21​+3​⋅23​​=1。
第 15 題設角平分線與 x 軸正向的夾角為 θ,則 tanθ=21​。角平分線把 x 軸與 L 的夾角平分,所以 L 與 x 軸正向的夾角是 2θ,L 的斜率 =tan2θ=1−tan2θ2tanθ​=1−41​2×21​​=43​1​=34​。
斜率是正切值,角度變兩倍時斜率不是變兩倍(不是 1),要用正切的二倍角公式。
第 16 題設半徑 r、圓心角 θ 弧度。面積 21​r2θ=25,所以弧長 rθ=r50​。周長 =2r+rθ=2r+r50​。由算幾不等式,2r+r50​≥22r⋅r50​​=2100​=20,等號在 2r=r50​,即 r=5 時成立。周長的最小值為 20。
確認取得到:r=5 時 θ=r250​=2 弧度,小於 2π,是一個真的扇形。
第 17 題先用差角公式展開:2sin(6π​−x)=2(21​cosx−23​​sinx)=cosx−3​sinx。所以 y=−3​sinx−cosx=−2(23​​sinx+21​cosx)=−2sin(x+6π​)。x 沒有限制範圍,正弦值可以取到 1,此時 y 最小,最小值為 −2。
兩項的角不同(6π​−x 與 x),要先展開成同一個角才能疊合。兩個圈號格依序是負號、2。
看到 asinx+bcosx 先疊合成單一正弦;角不同就先用和差角公式展開。有限制範圍時,把 x 的範圍換成整個角的範圍再找極值或解。

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第 4 題要把兩個倍角不等式各自化成因式再取共同範圍;第 7 題先用對稱軸通過最高點或最低點求出係數,振幅不是那個係數本身;第 3 題疊合後角的範圍到不了最低點,最小值不能直接用振幅;第 11 題不能同除以正弦,會漏掉五個交點;第 10 題用山谷的對稱性求根的和。詳解逐題寫在本頁。

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