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、和差角公式、倍角與半角公式、正餘弦的疊合)

內湖高中 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

多選題 3 題(18 分)、選填題 13 題共 16 格(70 分)、混合題 1 題共 4 格(12 分)

一、多選題(共 18 分,每題 6 分,每答錯一個選項扣 2 分)
1
下列敘述何者正確?
  1. (A) cosπ∘=−1
  2. (B) sin2=cos88
  3. (C) tan3>sin3
  4. (D) sinπ2>cosπ2
  5. (E) 半徑為 2,弧長為 4 的扇形之圓心角為 2
2
設 sinθ=54​ 且 θ 為第二象限角,試選出正確的選項。
  1. (A) cosθ=53​
  2. (B) cos(23π​+θ)=54​
  3. (C) sin(π−2θ)=−2524​
  4. (D) tan2θ​=2
  5. (E) cos2θ​=55​​
3
設 ab=0,已知函數 f(x)=asinx+bcosx 的最大值 f(3π​)=2,試選出正確的選項。
  1. (A) a>b
  2. (B) 函數 f(x) 的週期為 2π
  3. (C) 函數 f(x) 的振幅求不出來
  4. (D) 函數 f(x) 圖形與 y 軸交點為 (0,1)
  5. (E) 函數 f(x) 圖形對稱於 x=34π​
二、選填題(共 70 分,配分如下表) 答對 1~16 格依序得 6、12、18、24、29、34、39、44、48、52、56、59、62、65、68、70 分
4
(1) 330∘= ____ 弳 (2) tan35​π= ____
5
若 2π​≤α≤π、−2π​≤β≤0 且 sinα=5​1​、cosβ=10​3​,則 α+β= ____
6
將 −sinx+3​cosx 化為 rcos(x+α) 的形式,其中 r>0,∣α∣≤2π​,試求 (r,α)= ____
7
(1) 試求 sin125​π= ____ (2) 如右圖,扇形之圓心角 ∠AOB=125​π,半徑為 6,試求斜線部分的面積為 ____
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8
sin8π​sin24π​​+cos8π​cos24π​​= ____
9
試求方程式 x−2πsin2x=0 解的個數為 ____
10
設 0≤θ≤π 且 sin2θ=cosθ,試求 θ 之值為 ____
11
右圖是由三個直角三角形堆疊而成的圖形,其中 θ=24π​。已知 OD=8,∠COB=∠BOA=θ、∠DOC=2θ,試求 AB= ____
載入中...
12
試求方程式 sinx≤−21​ 在 −2π≤x≤2π 的範圍內的解為 ____
13
若 tanα=3tanβ,則 sin(α−β)sin(α+β)​= ____
14
在 △ABC 中,若 tanB=43​、cosC=−135​,AC=13,則: (1) tanA= ____ (2) △ABC 面積為 ____
15
右圖中每一小方格皆為正方形,試求 sinθ= ____
載入中...
16
試求函數 y=cosx(sinx−cosx) 的最小值為 ____
三、混合題(共 12 分,每一格 3 分)
17
某人觀察港口水深,發現以下時間 x(時)與水深 y(公尺)關係:時間 x 依序為 0、3、6、9、12、15、18、21、24 時,水深 y 依序為 16、10、4、10、16、10、4、10、16。若此函數 y=B+Asin(ωx+α) 滿足以上港口的水深(y)與時間(x)的關係,其中 A、B>0,ω≥0,0≤α<2π,則 A= ____、B= ____、ω= ____、α= ____
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(D)(E)
第 2 題(B)(C)(D)
第 3 題(A)(B)(D)(E)
第 4 題(1) 611π​;(2) −3​
第 5 題43π​
第 6 題(2, 6π​)
第 7 題(1) 46​+2​​;(2) 215π​−296​+92​​
第 8 題2​
第 9 題7
第 10 題6π​ 或 2π​ 或 65π​
第 11 題1
第 12 題−65π​≤x≤−6π​ 或 67π​≤x≤611π​
第 13 題2
第 14 題(1) 5633​;(2) 66
第 15 題55​​
第 16 題−21+2​​
第 17 題A=6、B=10、ω=6π​、α=2π​
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多選 1~3:弧度的判讀、倍角半角與疊合

第 1 題答案 (D)(E)。(A) π∘ 有度的記號,約 3.14∘,是很小的銳角,cosπ∘ 很接近 1,不是 −1(cosπ=−1 是弧度才成立)。(B) 沒有度的記號就是弧度:2 弧度約 114.6∘,sin2≈0.909;88=28π+(88−28π),88−28π≈0.035,所以 cos88=cos(88−28π)≈0.999,兩者不相等。(C) 2π​<3<π,3 弧度在第二象限,tan3<0<sin3,不成立。(D) π2≈9.87,π2−2π≈3.59 介於 π≈3.14 與 45π​≈3.93 之間,在第三象限的前半,這裡正弦、餘弦都是負的,且 ∣sin∣<∣cos∣,所以 sinπ2>cosπ2,成立。(E) 圓心角 =半徑弧長​=24​=2(弧度),成立。
(B) 若兩個角都有度的記號,sin2∘=cos88∘ 會成立(餘角關係);題幹沒有度的記號,要當作弧度。
第 2 題答案 (B)(C)(D)。θ 在第二象限,cosθ=−1−2516​​=−53​。(A) 錯,符號應為負。(B) cos(23π​+θ)=cos23π​cosθ−sin23π​sinθ=0−(−1)sinθ=54​,對。(C) sin(π−2θ)=sin2θ=2sinθcosθ=2⋅54​⋅(−53​)=−2524​,對。(D) tan2θ​=1+cosθsinθ​=2/54/5​=2,對。(E) cos22θ​=21+cosθ​=51​,但 θ 是第二象限角只表示 2π​+2kπ<θ<π+2kπ(k 為整數),此時 4π​+kπ<2θ​<2π​+kπ,2θ​ 可能在第一或第三象限,cos2θ​=55​​ 或 −55​​,不能確定,不選。
(D) 用 tan2θ​=1+cosθsinθ​ 不必判斷正負;2θ​ 在第一或第三象限時正切都是正的,與結果相符。
第 3 題答案 (A)(B)(D)(E)。疊合:f(x)=a2+b2​sin(x+φ),最大值 a2+b2​=2,所以 f(x)=2sin(x+φ)。最大值發生在 x=3π​:3π​+φ=2π​+2kπ,可取 φ=6π​,f(x)=2sin(x+6π​)=3​sinx+cosx,即 a=3​、b=1。(A) 3​>1,對。(B) 週期 2π,對。(C) 振幅是 2,求得出來,錯。(D) f(0)=b=1,交點 (0,1),對。(E) f(34π​)=2sin23π​=−2 是最小值;正弦型函數的圖形對稱於通過最高點或最低點的鉛直線,對。
檢查:f(3π​)=3​⋅23​​+21​=2。
沒有度的記號就是弧度;半角的正負要看半角落在哪個象限,只知道原角的象限時可能有兩種。

02選填 4~8:弧度換算、和角公式與疊合

第 4 題(1) 180∘=π 弳,所以 330∘=330×180π​=611π​。(2) 35π​=2π−3π​,在第四象限,tan35π​=−tan3π​=−3​。
第 5 題α 在 2π​ 到 π 之間,cosα=−1−51​​=−5​2​;β 在 −2π​ 到 0 之間,sinβ=−1−109​​=−10​1​。cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ=−50​6​+50​1​=−52​5​=−2​1​。兩個範圍相加得 0≤α+β≤π,這個範圍內餘弦值為 −2​1​ 的角只有 43π​。
求角時選餘弦:0 到 π 之間每個餘弦值只對應一個角;若改算正弦得 2​1​,還要再分辨 4π​ 與 43π​。
第 6 題r=(−1)2+(3​)2​=2。提出 2:−sinx+3​cosx=2(23​​cosx−21​sinx)=2(cosxcos6π​−sinxsin6π​)=2cos(x+6π​)。​6π​​≤2π​ 符合條件,所以 (r,α)=(2,6π​)。
第 7 題(1) 125π​=4π​+6π​,sin125π​=sin4π​cos6π​+cos4π​sin6π​=22​​⋅23​​+22​​⋅21​=46​+2​​。(2) 斜線部分(弓形)= 扇形 −△OAB。扇形面積 =21​⋅62⋅125π​=215π​;△OAB=21​⋅6⋅6⋅sin125π​=18⋅46​+2​​=296​+92​​。所求 =215π​−296​+92​​。
數值約 23.56−17.39=6.18,是正的,且比扇形小得多,合理。
第 8 題通分:原式 =sin8π​cos8π​sin24π​cos8π​+cos24π​sin8π​​。分子是正弦的和角公式:sin(24π​+8π​)=sin6π​=21​;分母用倍角公式:sin8π​cos8π​=21​sin4π​=42​​。所以原式 =2​/41/2​=2​2​=2​。
由三角函數值反求角時,先把角的範圍寫出來,再挑在這個範圍內一對一的那個函數。

03選填 9~12:圖形數根、三角方程式與不等式

第 9 題改寫成 sin2x=2πx​,看 y=sin2x(週期 π)與直線 y=2πx​ 的交點個數。因為 −1≤sin2x≤1,交點只會在 −2π≤x≤2π。x>0 時,y=sin2x 在 0<x<2π​ 與 π<x<23π​ 兩段在 x 軸上方。第一段:原點附近正弦曲線比直線陡、在直線上方,到 x=2π​ 時 0<41​ 落到直線下方,有 1 個交點。第二段:兩端正弦值為 0,低於直線(直線在 21​ 到 43​ 之間),頂點 x=45π​ 處 1>85​ 高於直線,有 2 個交點。x=2π 時直線到 1 而 sin4π=0,之後直線都大於 1,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。
原點是交點,要算一次,而且只算一次。
第 10 題用倍角公式:2sinθcosθ=cosθ,移項提出公因式(不可以直接約掉 cosθ):cosθ(2sinθ−1)=0。cosθ=0 時,0≤θ≤π 內 θ=2π​;sinθ=21​ 時 θ=6π​ 或 65π​。所以 θ=6π​、2π​ 或 65π​。
代回檢查:θ=65π​ 時 sin35π​=−23​​=cos65π​,成立。
第 11 題由圖,直角分別在 C、B、A。在 △OCD 中 OC=ODcos2θ=8cos2θ;在 △OBC 中 OB=OCcosθ;在 △OAB 中 AB=OBsinθ。所以 AB=8cos2θcosθsinθ。連用兩次倍角公式 sinθcosθ=21​sin2θ:AB=4cos2θsin2θ=2sin4θ=2sin6π​=1。
第 12 題先看一個週期 0≤x≤2π:sinx=−21​ 的角是 67π​ 與 611π​,y=sinx 的圖形在這兩個角之間位於直線 y=−21​ 的下方(含端點),所以 67π​≤x≤611π​。再往左平移一個週期 2π,得 −65π​≤x≤−6π​,仍在 −2π≤x≤2π 內。兩段合起來:−65π​≤x≤−6π​ 或 67π​≤x≤611π​。
題幹照流傳版本字樣寫「方程式」,式子其實是不等式,解是兩段區間而不是幾個點。
數實根個數時,先用值域把範圍框住,再一段一段比較曲線與直線的高低。

04選填 13~16:和差角公式的應用與降次疊合

第 13 題sin(α−β)sin(α+β)​=sinαcosβ−cosαsinβsinαcosβ+cosαsinβ​,分子分母同除以 cosαcosβ,得 tanα−tanβtanα+tanβ​=3tanβ−tanβ3tanβ+tanβ​=2tanβ4tanβ​=2。
式子有意義時分母 sin(α−β)=0,此時 tanβ=0,才能約分。
第 14 題cosC<0,C 是鈍角,sinC=1312​,tanC=−512​;B 是銳角,sinB=53​、cosB=54​。(1) A=π−(B+C),tanA=−tan(B+C)=−1−tanBtanCtanB+tanC​=−1+59​43​−512​​=14/533/20​=5633​。(2) sinA=sin(B+C)=sinBcosC+cosBsinC=−6515​+6548​=6533​。由正弦定理 sinABC​=sinBAC​:BC=13⋅6533​⋅35​=11。面積 =21​⋅AC⋅BC⋅sinC=21​⋅13⋅11⋅1312​=66。
檢查:sinA=6533​、cosA=6556​,tanA=5633​,與 (1) 相符。
第 15 題把 θ 的頂點記作 P,過 P 的水平格線把 θ 分成兩部分。往左上的線段向左走 3 格、向上 1 格,它與 P 左方的水平格線夾角設為 α,則 tanα=31​,sinα=10​1​、cosα=10​3​。往右下的線段是正方形的對角線,與 P 右方的水平格線夾 4π​,所以與左方的水平格線夾 43π​。θ=α+43π​,sinθ=sinαcos43π​+cosαsin43π​=22​​(10​3​−10​1​)=10​2​​=55​​。
另一個做法:兩線段長 10​、2​,兩個端點相距 42+22​=20​,由餘弦定理 cosθ=210​2​10+2−20​=−5​2​,θ 是鈍角,sinθ=5​1​=55​​。
第 16 題展開:y=sinxcosx−cos2x。用倍角公式降次:sinxcosx=21​sin2x、cos2x=21+cos2x​,得 y=21​(sin2x−cos2x)−21​。疊合:sin2x−cos2x=2​sin(2x−4π​),值在 −2​ 與 2​ 之間。x 為任意實數,sin(2x−4π​)=−1 取得到,所以最小值 =−22​​−21​=−21+2​​。
最小值發生在 2x−4π​=−2π​,例如 x=−8π​。
三角形裡兩個角已知,第三個角用內角和換成和角;二次的 sin、cos 乘積先降次再疊合。

05混合題 17:由週期性資料決定正弦函數

第 17 題水深最大 16、最小 4。A>0 時 y 的最大值是 B+A、最小值是 B−A:B=216+4​=10,A=216−4​=6。資料從 x=0 的最大值到下一次最大值 x=12,每 12 小時重複一次,週期 12=ω2π​,ω=6π​。代入 x=0、y=16:10+6sinα=16,sinα=1,在 0≤α<2π 內 α=2π​。檢查:y=10+6sin(6π​x+2π​)=10+6cos6π​x,x=3 時 10、x=6 時 4、x=9 時 10,與資料相符。
表格只有每 3 小時一筆資料,這裡把資料看到的最短重複間隔 12 小時當作週期,取 ω=6π​。
最大值與最小值的平均是上下平移、差的一半是振幅,重複一次的間隔是週期。

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