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)

興大附中 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 16 題,照原卷順序

單選題 4 題(24 分)、多選題 2 題(16 分)、選填題 7 題(49 分)、混合題 1 題 3 小題(11 分)

第壹部分:選擇題(占 40 分)一、單選題(占 24 分):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 6 分;答錯、未作答或畫記多於一個選項者,該題以零分計算。
1
tanπ2 的值落在以下哪一個區間?
  1. (1) (−∞, −3​]
  2. (2) (−3​, 0]
  3. (3) (0, 3​1​)
  4. (4) [3​1​, 1)
  5. (5) [1, ∞)
2
若 小寶 早上起床時發現時間為上午 7 點整,他覺得可以跟自己的自律來一場豪賭,決定再多睡一下,當他下一次睜開眼的時候發現還沒超過當日上午 8 點,且此刻時針跟分針恰好重合在一起,則 小寶 多睡的時間最接近幾分鐘?
  1. (1) 36
  2. (2) 37
  3. (3) 38
  4. (4) 39
  5. (5) 40
3
已知 25π​<θ<3π,試化簡 1+sinθ​+1−sinθ​ 的值為下列何者?
  1. (1) 2
  2. (2) −2cos2θ​
  3. (3) 2cos2θ​
  4. (4) 2sin2θ​
  5. (5) −2sin2θ​
4
如圖,△ABC 中,∠B=90∘,且 BD=DE=EC=21​AB,若 ∠CAE=α,∠DAE=β,則 tan(β−α) 為以下哪一個選項?
  1. (1) 81​
  2. (2) 71​
  3. (3) 61​
  4. (4) 51​
  5. (5) 41​
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二、多選題(占 16 分):第 5 題至第 6 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
設函數 y=f(x)=2sinπx+2cos(πx+6π​),其中 x 為任意實數,試選出正確的選項。
  1. (1) f(π1​)<0
  2. (2) y=f(x) 的最大值為 2
  3. (3) y=f(x) 週期為 1
  4. (4) y=f(x) 圖形對稱於直線 x=61​
  5. (5) y=f(x) 和 y=x2+3​ 恰有一交點
6
下列有關三角函數圖形的平移與伸縮,哪些敘述是正確的?
  1. (1) y=sin(x−5) 的圖形可利用 y=sinx 向左平移 5 弳得到。
  2. (2) y=sin(2x−5) 的圖形可利用 y=sinx 以 y 軸為中心縮小為原本的 21​ 倍,再向右平移 5 弳得到。
  3. (3) y=sin(2x−5) 的圖形可利用 y=sinx 向右平移 5 弳,再以 y 軸為中心縮小為原本的 21​ 倍得到。
  4. (4) y=2sinx+3 的圖形可利用 y=sinx 的圖形先向上平移 3 單位,再以 x 軸為中心,鉛直方向延伸為原本的 2 倍得到。
  5. (5) y=2sinx+3 的圖形可利用 y=sinx 的圖形先以 x 軸為中心,鉛直方向延伸為原本的 2 倍,再向上平移 3 單位得到。
第貳部分:選填題(49 分)三、選填題(占 49 分):1. 第 A 至 G 題,將答案畫記在答案卡之「選擇(填)題答案區」所標示的列號(7-23)。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。(本頁第 7~13 題依序為原卷的 A~G 題)
7
計算 sin115∘cos95∘+cos245∘sin85∘= ____。(原卷的答案格式為 ◯◯◯​)
8
設 θ 為兩直線 L1​:x−5y=114 與 L2​:2x−y=2025 的夾角,且 0∘<θ<90∘,則 tanθ= ____。(原卷的答案格式為 ◯◯​)
9
右圖為函數 y=asin(bx−c)+d 的部分圖形,其中 a>0,b>0 且 0<c<π,則 a+b+c+d= ____。(原卷的答案格式為 ◯◯​+◯◯​π;圖中標出的兩點為最低點 (2π​,−5) 與最高點 (25π​,1))
載入中...
10
設 0<θ<23π​,試求滿足 sin2θ=3​cosθ 之 θ 總和為 ____。(原卷的答案格式為 ◯◯​π)
11
已知 0≤x≤4π,則方程式 sinx=51​ 的所有實數解總和為 ____。(原卷的答案格式為 ◯π)
12
如圖中,正方形 ABCD 之每邊長為 1,每一弓形的內接角均為 135∘(如圖中所示:∠BPC=135∘,P 為 BC⌢ 上任意一點),試求中央部分鋪色區域的面積為 ____。(原卷的答案格式為 ◯−◯◯​π)
載入中...
13
在 △ABC 中,已知 ∠A,∠B,∠C 的對邊長度分別為 a,b,c,且 a=7,sinA=257​,cosB=−53​,則 △ABC 的面積之值為 ____。
第參部分:混合題(11 分):1. 第 1 小題請將答案畫記在答案卡之「選擇(填)題答案區」所標示的列號(24-25)。2. 第 2 至 3 小題請使用黑色或藍色原子筆在標示題號手寫卷內作答。請由左而右橫式書寫,作答時必須寫出計算過程或理由,否則將酌予扣分,只寫答案不予計分。(本頁第 14~16 題依序為原卷混合題的第 1~3 小題)
混合題(第 14~16 題) 已知 f(x)=5sin2x+12sinxcosx+17cos2x,0≤x≤2π​。
14
1.(2 分)請將 f(x) 化為 f(x)=asin2x+bcos2x+c 的形式,其中 a,b,c 為實數。則 a+b+c= ____。(請於答案卡上劃記答案)
15
2.(非選擇題,3 分)請將 f(x) 化為 f(x)=psin(2x+θ)+q 的形式,其中 p>0,0≤θ<2π,試求 (p,θ,q)。
16
3.(非選擇題,6 分)試求 f(x) 的最大值與最小值,並求其對應的 x 值。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(3)
第 2 題(3)
第 3 題(5)
第 4 題(1)
第 5 題(2)(4)
第 6 題(3)(5)
第 7 題−21​
第 8 題79​
第 9 題23​+43​π
第 10 題23​π
第 11 題6π
第 12 題2−21​π
第 13 題42
第 14 題23
第 15 題(p,θ,q)=(62​, 4π​, 11)
第 16 題x=8π​ 時有最大值 11+62​;x=2π​ 時有最小值 5
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01單選 1~4:弧度的估計、時鐘、倍角配方、正切的差角公式

第 1 題答案 (3)。π2 是弧度。正切函數的週期是 π,所以 tanπ2=tan(π2−3π)=tan(π(π−3))。因為 3<π<3+61​,所以 0<π−3<61​,0<π(π−3)<6π​。正切函數在 0 到 2π​ 之間遞增,所以 tan0<tanπ2<tan6π​,即 0<tanπ2<3​1​。
π2≈9.87,3π≈9.42,相差約 0.45 弧度(約 25.5∘)。先減去週期的整數倍,把角度搬到熟悉的範圍再比。
第 2 題答案 (3)。分針每分鐘轉 60360∘​=6∘,時針每分鐘轉 6030∘​=0.5∘。7 點整時,時針在分針前方 7×30∘=210∘。設過了 t 分鐘兩針重合,分針要多轉 210∘:6t−0.5t=210,t=11420​=38112​≈38.2。這個時刻在 8 點之前,最接近 38 分鐘。
時針在這段時間也在走,不能只算分針走到「7」的位置(那是 35 分鐘)。
第 3 題答案 (5)。由 sin22θ​+cos22θ​=1 與倍角公式 sinθ=2sin2θ​cos2θ​,1±sinθ=(sin2θ​±cos2θ​)2,所以原式 =​sin2θ​+cos2θ​​+​sin2θ​−cos2θ​​。由 25π​<θ<3π 得 45π​<2θ​<23π​,在第三象限,sin2θ​<0、cos2θ​<0,且在這個範圍內 sin2θ​<cos2θ​(例如 2θ​ 接近 23π​ 時,正弦接近 −1、餘弦接近 0)。所以第一個絕對值為 −sin2θ​−cos2θ​,第二個為 cos2θ​−sin2θ​,相加得 −2sin2θ​。
A2​=∣A∣,去絕對值要看 2θ​ 的範圍而不是 θ 的範圍。第三象限以 45π​ 為界:超過 45π​ 之後正弦比餘弦小。
第 4 題答案 (1)。設 BD=DE=EC=1,則 AB=2,BE=2,BC=3。在直角三角形中,tan∠BAD=21​,tan∠BAE=22​=1,tan∠BAC=23​。β=∠BAE−∠BAD,tanβ=1+1⋅21​1−21​​=31​;α=∠BAC−∠BAE,tanα=1+23​⋅123​−1​=51​。所以 tan(β−α)=1+31​⋅51​31​−51​​=1516​152​​=81​。
α、β 都不在直角三角形裡,先寫成「以 AB 為一邊的兩個角相減」,那些角的正切值可以直接從邊長讀出來。
不在直角三角形裡的角,拆成兩個讀得出正切值的角相減,再用差角公式。

02多選 5~6:疊合後的函數性質、平移與伸縮的順序

第 5 題答案 (2)(4)。先用和角公式展開:2cos(πx+6π​)=3​cosπx−sinπx,所以 f(x)=sinπx+3​cosπx=2(21​sinπx+23​​cosπx)=2sin(πx+3π​)。(1) f(π1​)=2sin(1+3π​),1+3π​≈2.05 在 0 與 π 之間,正弦值為正,錯。(2) 最大值為 2,對。(3) 週期為 π2π​=2,錯。(4) x=61​ 時 πx+3π​=2π​,f(61​)=2 是最大值,圖形對稱於通過最高點的鉛直線 x=61​,對。(5) x=0 時兩者都等於 3​,是一個交點;x=61​ 時 f=2,而 x2+3​=361​+3​≈1.76,正弦曲線在上;x=21​ 時 f=2sin65π​=1,而 x2+3​≈1.98,拋物線在上。兩個圖形都連續不斷,所以在 61​ 與 21​ 之間還有一個交點,交點不只一個,錯。
(5) 兩個圖形在 x=0 只是相交,不是相切:過了 x=0 之後正弦曲線先跑到拋物線上方,之後降下來時一定會再交一次。(1) 的 π1​ 代入後角度是 1+3π​ 弧度,這裡的 1 是 1 弧度。
第 6 題答案 (3)(5)。向右平移 h 是把 x 換成 x−h;以 y 軸為中心水平縮小為 21​ 倍是把 x 換成 2x;每一步都只對 x 本身代換。(1) y=sin(x−5) 是向右平移 5,錯。(2) 先縮小得 y=sin2x,再向右平移 5 得 y=sin2(x−5)=sin(2x−10),錯。(3) 先向右平移 5 得 y=sin(x−5),再縮小得 y=sin(2x−5),對。(4) 先向上平移 3 得 y=sinx+3,再鉛直伸長 2 倍得 y=2(sinx+3)=2sinx+6,錯。(5) 先鉛直伸長 2 倍得 y=2sinx,再向上平移 3 得 y=2sinx+3,對。
若要先縮小再平移得到 y=sin(2x−5)=sin2(x−25​),平移量是 25​ 而不是 5。
平移與伸縮換了順序,結果通常不同;一步一步把式子寫出來最不會錯。

03選填 7~10(原卷 A~D):和角公式、兩直線夾角、由圖形定係數、三角方程式

第 7 題把角度都換成 65∘ 與 85∘:sin115∘=sin(180∘−65∘)=sin65∘,cos95∘=cos(180∘−85∘)=−cos85∘,cos245∘=cos(180∘+65∘)=−cos65∘。原式 =−sin65∘cos85∘−cos65∘sin85∘=−sin(65∘+85∘)=−sin150∘=−21​。
答案格式的三個圓圈依序填負號、1、2。
第 8 題L1​ 的斜率為 51​,L2​ 的斜率為 2。設兩直線的斜角分別為 θ1​、θ2​,則 tanθ1​=51​,tanθ2​=2。tan(θ2​−θ1​)=1+2⋅51​2−51​​=57​59​​=79​。這個值是正的,θ2​−θ1​ 就是兩直線所夾的銳角,所以 tanθ=79​。
夾角只跟斜率有關,常數項 114、2025 不影響。若算出來是負的,表示算到的是鈍角那一個夾角,取絕對值就是銳角的正切值。
第 9 題最高點的 y 坐標是 1,最低點是 −5,所以 d=21+(−5)​=−2,a=21−(−5)​=3。相鄰的最低點與最高點相距半個週期:25π​−2π​=2π,週期為 4π,b=4π2π​=21​。最高點在 x=25π​:21​⋅25π​−c=2π​+2kπ(k 為整數),c=43π​−2kπ;由 0<c<π 得 c=43π​。所以 a+b+c+d=3+21​+43π​−2=23​+43​π。
驗算:x=2π​ 時 4π​−43π​=−2π​,y=3⋅(−1)−2=−5,確實是最低點。
第 10 題用倍角公式 sin2θ=2sinθcosθ,移項得 cosθ(2sinθ−3​)=0,所以 cosθ=0 或 sinθ=23​​。在 0<θ<23π​ 內:cosθ=0 得 θ=2π​(23π​ 不在範圍內);sinθ=23​​ 得 θ=3π​ 或 32π​。總和為 2π​+3π​+32π​=23​π。
兩邊不能直接約掉 cosθ,否則會漏掉 cosθ=0 的解 θ=2π​。
解三角方程式時把式子移到同一邊分解,不要約掉可能為 0 的因式。

04選填 11~13(原卷 E~G):解的對稱性、弓形面積、三角形的第三個角

第 11 題在 0≤x≤2π 內,y=sinx 的圖形與水平線 y=51​ 交於兩點,這兩點對稱於直線 x=2π​,設較小的解為 α(0<α<2π​),另一個解為 π−α,兩解的和為 π。正弦函數的週期是 2π,在 2π≤x≤4π 內的兩個解為 2π+α 與 3π−α,和為 5π。四個解的總和為 π+5π=6π。
不必求出 α 是多少;成對的解相加時 α 會消掉。端點 0、2π、4π 的正弦值是 0,都不是解。
第 12 題看 BC 上的弓形。圓周角 ∠BPC=135∘ 所對的弧(不含 P 的那一段)為 270∘,所以含 P 的弧 BC 為 90∘,圓心角為 90∘=2π​。設半徑為 r,圓心與 B、C 構成等腰直角三角形,斜邊 BC=1,所以 r=2​1​,r2=21​。一個弓形的面積 = 扇形 − 三角形 =21​r2⋅2π​−21​r2=8π​−41​。四個弓形共 2π​−1,鋪色區域的面積 =1−(2π​−1)=2−21​π。
原卷題幹印作「P 為 BC 上任意一點」;依附圖,P 在弓形的弧上(弧 BC),本頁題幹已寫成弧。相鄰兩個弓形的弧在正方形的頂點相切(兩弧在頂點處的切線都與邊夾 45∘,恰為對角線方向),在正方形內不重疊,所以四個弓形的面積可以直接相加。
第 13 題cosB<0,所以 ∠B 是鈍角,sinB=1−259​​=54​;三角形只能有一個鈍角,所以 ∠A 是銳角,cosA=1−62549​​=2524​。由正弦定理 sinAa​=sinBb​:b=7⋅54​÷257​=20。sinC=sin(180∘−A−B)=sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB=257​⋅(−53​)+2524​⋅54​=12575​=53​。面積 =21​absinC=21​⋅7⋅20⋅53​=42。
sinA=257​ 本身看不出 ∠A 是銳角還是鈍角,要靠「∠B 已經是鈍角」來決定 cosA 取正。
三角形的第三個角用 180° 減去另外兩角,正弦值就是另外兩角和的正弦。

05混合題 14~16(原卷混合題第 1~3 小題):降次、疊合、限制範圍的極值

第 14 題用倍角公式降次:sin2x=21−cos2x​,cos2x=21+cos2x​,sinxcosx=2sin2x​。f(x)=5⋅21−cos2x​+12⋅2sin2x​+17⋅21+cos2x​=6sin2x+6cos2x+11。所以 a=6,b=6,c=11,a+b+c=23。
cos2x 的係數是 217−5​=6,常數項是 217+5​=11。
第 15 題由上一小題,f(x)=6sin2x+6cos2x+11。62+62​=62​,提出來:f(x)=62​(sin2x⋅22​​+cos2x⋅22​​)+11=62​(sin2xcos4π​+cos2xsin4π​)+11=62​sin(2x+4π​)+11。所以 (p,θ,q)=(62​, 4π​, 11)。
θ 要同時滿足 cosθ=22​​ 與 sinθ=22​​,在 0≤θ<2π 內只有 4π​。原卷評分標準:有寫出疊合過程 1 分,三個數全寫對 2 分。
第 16 題0≤x≤2π​ 時,4π​≤2x+4π​≤45π​。在這個範圍內,sin(2x+4π​) 的最大值是 1,發生在 2x+4π​=2π​,即 x=8π​,此時 f(x) 有最大值 62​+11。最小值發生在右端點 2x+4π​=45π​,即 x=2π​,sin45π​=−22​​,此時 f(x) 有最小值 62​⋅(−22​​)+11=5。
角度只走到 45π​,到不了 23π​,所以最小值不是 11−62​。驗算:x=2π​ 代回原式,f=5⋅1+0+0=5;另一個端點 x=0 時 f=17,介於兩者之間。
疊合之後先把括號裡的角度範圍算出來,再看正弦值在那一段的最高與最低。

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同樣是高二第一次段考,範圍相近,可以拿來限時再寫一份。

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多選第 5 題:最後一個選項要比較正弦曲線與拋物線在幾個點的高低,兩者在原點之外還會再交一次。單選第 3 題:開根號後是絕對值,要用半角所在的範圍判斷正負與大小。選填 F(本頁第 12 題):先由圓周角推出弧的圓心角是直角,再用扇形減三角形求弓形面積。混合題第 3 小題(本頁第 16 題):角度範圍到不了正弦的最低點,最小值發生在端點。詳解逐題寫在本頁。

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題目取自興大附中 114 學年度上學期 高二第一次段考 數學A,由御藍教育重新打字排版;答案逐題重新計算,詳解為御藍教育撰寫。

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