御藍教育/段考卷/高一

段考詳解範圍:直線方程式、二元一次不等式、圓方程式、圓與直線

興大附中 111 上
高一第二次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 15 題,照原卷順序

第壹部分選擇題 44 分:單選題 4 題(每題 5 分,共 20 分)、多選題 3 題(每題 8 分,共 24 分);第貳部分選填題 8 題(每題 7 分,共 56 分),合計 100 分。本頁第 8~15 題依序為原卷選填 A~H 題。答案已與學校公布的答案逐題核對,15 題全部一致。

第壹部分:選擇題(占 44 分)|一、單選題(占 20 分)|說明:第 1 題至第 4 題,每題有 5 個選項,其中只有一個是正確或最適當的選項,請畫記在答案卡之「選擇(填)題答案區」。各題答對者,得 5 分;答錯、未作答或畫記多於一個選項者,該題以零分計算。
1
將直線 2x−y+3=0 往右平移 2 個單位,再向下平移 1 個單位,則下列哪個選項為平移後的直線方程式?
  1. (1) 2x−y−6=0
  2. (2) 2x−y+2=0
  3. (3) 2x−y−2=0
  4. (4) 2x−y+8=0
  5. (5) 2x−y=0
2
設 x,y 滿足 (x−2)2+y2=25,若欲求 x−1y−7​ 的最大值和最小值,下列選項何者正確?
  1. (1) 最大值為 34​;最小值為 43​
  2. (2) 最大值為 34​;最小值為 −43​
  3. (3) 最大值為 34​;最小值不存在
  4. (4) 最大值不存在;最小值為 −43​
  5. (5) 最大值不存在;最小值不存在
3
P(a,b) 為圓 (x−3)2+(y−4)2=3 上的點,則使 a2+b2 為整數的點 P 有幾個?
  1. (1) 4
  2. (2) 8
  3. (3) 35
  4. (4) 50
  5. (5) 70
4
平面坐標上,下列哪個不等式組為下圖中陰影部分 (含邊界)?
  1. (1) ⎩⎨⎧​2x≥y,4x+5y≥18,3x−7y≥11,​
  2. (2) ⎩⎨⎧​2x≥y,4x+5y≤18,3x−7y≤11,​
  3. (3) ⎩⎨⎧​2x≤y,4x+5y≥18,3x−7y≥11,​
  4. (4) ⎩⎨⎧​2x≤y,4x+5y≥18,3x−7y≤11,​
  5. (5) ⎩⎨⎧​2x≤y,4x+5y≤18,3x−7y≥11,​
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二、多選題(占 24 分)|說明:第 5 題至第 7 題,每題有 5 個選項,其中至少有一個是正確的選項,請將正確選項畫記在答案卡之「選擇(填)題答案區」。各題之選項獨立判定,所有選項均答對者,得 8 分;答錯 1 個選項者,得 4.8 分;答錯 2 個選項者,得 1.6 分;答錯多於 2 個選項或所有選項均未作答者,該題以零分計算。
5
三條直線 2y=x+a,y=bx+4,cy=dx+1 可圍成一個三角形,且此三角形中有兩個頂點為 (2,0) 與 (0,6),下列哪些選項是正確的?
  1. (1) a=−2
  2. (2) b=−2
  3. (3) c=61​
  4. (4) d=21​
  5. (5) 第三個頂點為 (5−4​,528​)
6
坐標平面上,點 A(1,2) 可對圓 C:x2+y2+2x+4y+k−2=0 做兩條切線,下列選項哪些為可能之 k 值。
  1. (1) −13
  2. (2) −22​
  3. (3) 2π
  4. (4) 7
  5. (5) 13
7
坐標平面上直線 L:y=mx+2 與四條直線 L1​:y=−2x​+10、L2​:y=−2x​、L3​:y=2x+5、L4​:y=2x−10 恰有三個交點,以下哪些選項為可能的 m 之值?
  1. (1) −1
  2. (2) −21​
  3. (3) 0
  4. (4) 21​
  5. (5) 27​
第貳部分:選填題(56 分)|說明:1. 第 A 至 H 題,將答案畫記在答案卡之「選擇(填)題答案區」所標示的列號(8-23)。2. 每題完全答對給 7 分,答錯不倒扣,未完全答對不給分。3. 若答案為分數,皆須化為最簡分數;若答案內有根號,皆須化為最簡根式。
8
對於任意實數 m,兩直線 (3+m)x+(1−m)y=1+3m 與 (2k+1)x+(3k−2)y=k 恆有一個固定的交點,則 k= ____。
9
設 x 為實數,​x2−2x+5​−x2+4x+5​​ 的最大值為 ____。
10
已知圓 C 的圓心為 (0,0),半徑為 2,點 P 在第三象限,自 P 作圓 C 的兩條切線,斜率為 34​ 與 −125​,若 P 之坐標為 (a,b),求 a+b= ____。
11
已知 △ABC 的 A(1,−2) 與 B(−3,0),C 在 y 軸正向上,△ABC 的外心 O 在 x 軸上,則 C 點坐標為 ____。
12
設 m 為整數,已知圓 C:x2+y2−(2m+2)x−(2m+6)y−5=0 的圓心落在第二象限,則此圓面積為 ____ π。
13
ABCD 與 PQRS 皆為平行四邊形,A(3,3),B(2,−1),C(7,1),D(8,5),P(−5,6),Q(−3,2),R(1,8),S(−1,12),若一直線 ax+by=39 同時將兩個平行四邊形的面積二等分,求數對 (a,b)= ____。
14
已知 P(1,1) 為圓 x2+y2+4x+2y−20=0 內部一點,過 P 的弦之中點所形成的軌跡為 x2+y2+ ____ x+ ____ y= ____。
15
有一長方形撞球台 ABCD,已知 AB=8,點 P 在 AB 上且 AP=1,將球置於 P 朝 BC 上的 Q 點射出,反射撞到 CD 上的 R 點,再反射撞到 AD 上的 S 點,在 S 反射又回到 P 點,若不計摩擦力,已知 BQ​=5,則 AD 之值為 ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(3)
第 2 題(5)
第 3 題(5)
第 4 題(2)
第 5 題(2)(3)(5)
第 6 題(2)(3)
第 7 題(1)(5)
第 8 題1
第 9 題10​
第 10 題−4
第 11 題(0,6​)
第 12 題7(圓面積 7π)
第 13 題(5,7)
第 14 題1、0、3(軌跡為 x2+y2+x=3)
第 15 題740​
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 1~4:平移、斜率的範圍、圓上點到原點的距離、不等式區域

第 1 題答案 (3)。往右平移 2、向下平移 1:把原方程式的 x 換成 x−2、y 換成 y+1。2(x−2)−(y+1)+3=0,整理得 2x−y−2=0。
檢查:原直線上的點 (0,3) 平移後是 (2,2),代入 2⋅2−2−2=0 成立。
第 2 題答案 (5)。x−1y−7​ 是圓上的點 (x,y) 與定點 M(1,7) 連線的斜率。圓心 (2,0),半徑 5;M 到圓心的距離 1+49​=50​>5,M 在圓外。過 M 斜率為 t 的直線 tx−y+7−t=0 與圓相切時,圓心到直線的距離等於半徑:t2+1​∣2t+7−t∣​=5,即 (t+7)2=25(t2+1),12t2−7t−12=0,(3t−4)(4t+3)=0,t=34​ 或 t=−43​。可是過 M 的鉛直線 x=1 到圓心的距離是 1<5,它穿過圓的內部;所以過 M 與圓相交的直線,是從一條切線轉過鉛直方向再到另一條切線的那一族,斜率的範圍是 t≤−43​ 或 t≥34​。斜率可以任意大、也可以任意小,最大值與最小值都不存在。
常見錯誤是算出兩條切線的斜率就直接當成最大、最小值(選 (2));要先看過 M 的鉛直線有沒有穿過圓。鉛直線與圓的交點 (1,±24​) 使分母為 0,不在考慮範圍內,但它旁邊的點斜率的絕對值可以任意大。
第 3 題答案 (5)。a2+b2=OP2,O 是原點。圓心 (3,4) 到原點的距離是 5,半徑 3​<5,原點在圓外,所以 5−3​≤OP≤5+3​,即 28−103​≤a2+b2≤28+103​。因為 17<103​<18,a2+b2 的範圍大約是 10.7 到 45.3,其中的整數是 11,12,…,45,共 35 個。P 繞圓一圈時,OP 從最小值連續變到最大值、再連續變回來;最小值、最大值各只有一個點,介於兩者之間的每一個值恰有兩個點(對稱於原點與圓心的連線)。兩端都不是整數,所以點 P 共有 35×2=70 個。
第 4 題答案 (2)。陰影三角形的內部取一點代入判斷方向。三條直線兩兩的交點是 (−1,−2)、(79​,718​)、(43181​,4310​),(1,0) 在這個三角形內部(圖中陰影跨過 x 軸正向的一段)。代入:2⋅1=2≥0,所以是 2x≥y;4⋅1+5⋅0=4≤18,所以是 4x+5y≤18;3⋅1−7⋅0=3≤11,所以是 3x−7y≤11。三條都符合的是選項 (2)。
也可以從圖看:陰影在 2x=y 的右下方(y≤2x),在 4x+5y=18 靠原點那一側,在 3x−7y=11 靠原點那一側;原點本身在 2x=y 上,所以用不在邊界上的 (1,0) 代入比較穩。
分式 x−hy−k​ 看成斜率,先判斷過定點的鉛直線有沒有穿過圖形;a2+b2 看成到原點距離的平方;判斷不等式區域就拿區域內一點代入。

02多選 5~7:三直線圍成三角形、圓外一點、恰有三個交點

第 5 題答案 (2)(3)(5)。三角形的每個頂點都是其中兩條直線的交點。y=bx+4 的 y 截距是 4,不過 (0,6),所以 (0,6) 是另外兩條 2y=x+a 與 cy=dx+1 的交點,而 y=bx+4 要經過另外兩個頂點,包括 (2,0):0=2b+4,b=−2。(2,0) 的另一條直線:若是 2y=x+a,由 (0,6) 得 a=12、由 (2,0) 得 a=−2,矛盾;所以是 cy=dx+1 同時過 (0,6) 與 (2,0):6c=1,c=61​;0=2d+1,d=−21​。2y=x+a 過 (0,6):a=12。第三個頂點是 2y=x+12 與 y=−2x+4 的交點:2(−2x+4)=x+12,x=−54​,y=528​。逐項:(1) 錯誤,a=12。(2) 正確。(3) 正確。(4) 錯誤,d=−21​。(5) 正確,第三個頂點是 (−54​,528​)。
檢查三條直線 2y=x+12、y=−2x+4、61​y=−21​x+1(即 y=−3x+6)的斜率 21​,−2,−3 兩兩不同,三個交點也不重合,確實圍成三角形。
第 6 題答案 (2)(3)。配方:(x+1)2+(y+2)2=1+4−k+2=7−k。要是一個圓,需要 7−k>0,k<7。A 可作兩條切線,表示 A 在圓外:把 A(1,2) 代入左式 1+4+2+8+k−2=13+k>0,k>−13。所以 −13<k<7。逐項:(1) −13 不行,此時 A 在圓上,只有一條切線。(2) −22​≈−2.83 可以。(3) 2π≈6.28<7 可以。(4) 7 不行,圖形只剩一點 (−1,−2),不是圓。(5) 13 不行,沒有圖形。
第 7 題答案 (1)(5)。L1​∥L2​(斜率 −21​),L3​∥L4​(斜率 2),四條線交出四個點:L1​∩L3​=(2,9)、L1​∩L4​=(8,6)、L2​∩L3​=(−2,1)、L2​∩L4​=(4,−2)。L 過 (0,2)。若 m=−21​ 或 m=2,L 與其中一組平行(又不重合),只交出 2 個點。其他情形 L 與四條線各交一次,四個交點都不同時有 4 個交點;要恰好 3 個,L 必須恰好通過上面四個點中的一個(通過兩個就只剩 2 個交點)。(0,2) 到四個點的斜率依序是 27​、21​、21​、−1。所以:m=27​ 只過 (2,9),有 3 個交點;m=−1 只過 (4,−2),有 3 個交點;m=21​ 同時過 (8,6) 與 (−2,1),只有 2 個交點。逐項:(1) −1 可以。(2) −21​ 不行,L∥L1​,L2​,只有 2 個交點。(3) 0 不行,y=2 與四條線交於 x=16,−4,−23​,6,共 4 個交點。(4) 21​ 不行,只有 2 個交點。(5) 27​ 可以。
三直線圍成三角形,每個頂點恰在兩條線上,先用截距排除;圓外一點要同時檢查「是圓」與「點在外」;直線與兩組平行線的交點個數,看它通過幾個格點。

03選填 A~D(第 8~11 題):直線系、距離差、切線、外心

第 8 題第一條直線整理成 (3x+y−1)+m(x−y−3)=0。不論 m 為何值都通過 3x+y−1=0 與 x−y−3=0 的交點:相加得 4x=4,x=1,y=−2,定點 (1,−2)。兩直線恆有一個固定的交點,這個交點就是 (1,−2),所以第二條直線要過 (1,−2):(2k+1)−2(3k−2)=k,5−4k=k,k=1。
嚴格說,k=1 時第二條直線 3x+y=1 正是第一條直線在 m=0 時的樣子,m=0 時兩線重合、交點不只一個,題目這裡有瑕疵。但 k=1 時第二條直線不過 (1,−2),兩線的交點會隨 m 改變,根本沒有固定交點;所以只有 k=1 符合命題意圖(除了 m=0 外,兩線恆交於 (1,−2))。學校答案為 1。
第 9 題配方:x2−2x+5​=(x−1)2+(0−2)2​ 是 x 軸上的點 X(x,0) 到 M(1,2) 的距離;x2+4x+5​=(x+2)2+(0−1)2​ 是 X 到 N(−2,1) 的距離。所求是 ​XM−XN​。三角形兩邊之差小於第三邊,所以 ​XM−XN​≤MN=9+1​=10​,等號在 X、M、N 共線且 X 在線段 MN 的延長線上時成立。M、N 都在 x 軸上方,直線 MN 的斜率 31​,方程式 y−2=31​(x−1),與 x 軸交於 x=−5,這點在 MN 外側,等號取得到。最大值為 10​。
檢查:x=−5 時 25+10+5​−25−20+5​=210​−10​=10​。M、N 在 x 軸同側才能取到差的最大值;若在異側,就要先把一點對 x 軸鏡射。
第 10 題斜率為 t 的切線寫成 y=tx+c,圓心 (0,0) 到它的距離等於 2:t2+1​∣c∣​=2。斜率 34​:∣c∣=2⋅35​=310​,切線 y=34​x±310​。斜率 −125​:∣c∣=2⋅1213​=613​,切線 y=−125​x±613​。兩組各取一條求交點,共四個;要在第三象限,x<0 且 y<0。取 y=34​x+310​ 與 y=−125​x−613​:1221​x=−211​,x=−722​,y=−2188​+2170​=−76​,在第三象限。所以 a+b=−722​−76​=−4。
其他三種組合:(−32​,922​) 在第二象限,另兩個的 x 坐標為正,都不合。
第 11 題設 C(0,c),c>0;外心 O(h,0)。外心到三頂點等距。OA=OB:(h−1)2+4=(h+3)2,−2h+5=6h+9,h=−21​,外接圓半徑的平方 =(−21​+3)2=425​。OC2=h2+c2=41​+c2=425​,c2=6,c=6​。C(0,6​)。
檢查:OA2=(23​)2+4=425​,三個距離相等。
含參數 m 的直線拆成 (⋯)+m(⋯)=0 找定點;根號裡配方成平方和就是兩點距離;已知斜率的切線用「圓心到直線的距離=半徑」。

04選填 E~H(第 12~15 題):圓心位置、面積平分線、中點軌跡、反射路徑

第 12 題配方:圓心是 (m+1, m+3)。在第二象限:m+1<0 且 m+3>0,−3<m<−1,m 是整數,所以 m=−2。此時方程式為 x2+y2+2x−2y−5=0,配方得 (x+1)2+(y−1)2=1+1+5=7,半徑平方 7,面積 7π。
第 13 題平行四邊形的兩條對角線互相平分,交點是它的中心;任何通過中心的直線都把平行四邊形分成全等的兩半,面積二等分。ABCD 的中心是 AC 的中點 (23+7​,23+1​)=(5,2)(BD 的中點也是 (5,2));PQRS 的中心是 PR 的中點 (−2,7)(QS​ 的中點也是 (−2,7))。所求直線過 (5,2) 與 (−2,7):代入 ax+by=39 得 5a+2b=39、−2a+7b=39,解得 a=5、b=7。(a,b)=(5,7)。
兩個中心不同,過兩個中心的直線只有一條,所以答案唯一。
第 14 題配方:(x+2)2+(y+1)2=25,圓心 O′(−2,−1)。設弦的中點為 M(x,y)。圓心到弦的中點的連線垂直於弦,所以 ∠O′MP=90∘,由畢氏定理 O′M2+MP2=O′P2:(x+2)2+(y+1)2+(x−1)2+(y−1)2=32+22=13。展開:2x2+2y2+2x+7=13,即 x2+y2+x=3。所以三格依序是 1、0、3。
M 與 P 重合(弦垂直於 O′P)或 M 與 O′ 重合(弦是直徑)時,等式仍成立;軌跡就是以 O′P 為直徑的圓 (x+21​)2+y2=413​,整個在原來的圓內。
第 15 題設 AD=h。球在邊上反射時入射角等於反射角,所以四段路徑與球台各邊所成的直角三角形 △PBQ、△RCQ、△RDS、△PAS 兩兩相似,每一段的「沿 AB 方向的長」與「沿 BC 方向的長」之比都和 △PBQ 一樣是 PB:BQ​=7:5。依序:QC​=h−5,CR=57​(h−5);RD=8−57​(h−5),DS=75​(8−57​(h−5))=740​−(h−5);最後 AS=75​AP=75​。由 AS+SD=h:75​+740​−h+5=h,2h=780​,h=740​。
檢查:QC​=75​,CR=1,RD=7,DS=5,AS=75​,各點都落在邊上,路徑 P→Q→R→S→P 確實是一個平行四邊形。
過平行四邊形中心的直線平分面積;弦的中點與圓心的連線垂直於弦,軌跡是以「圓心到定點」為直徑的圓;反射路徑用相似三角形一段一段推。

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  • 《直線與圓》單元冊 02・高一上

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單選第 2 題兩條切線的斜率不是最大、最小值,因為過定點的鉛直線穿過圓,斜率可任意大或小;單選第 3 題每個整數值對應圓上兩個點,要乘 2;多選第 7 題斜率二分之一的直線同時通過兩個交點,只剩兩個交點,要排除;選填 H 題(本頁第 15 題)要用入射角等於反射角,把四段路徑寫成相似三角形。詳解逐題寫在本頁。

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