御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:三角函數(弧度量、弧長與扇形面積、弧度角的三角函數值、正弦函數的圖形與週期)

平鎮高中 113 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 20 題,照原卷順序

第一部分選擇題 20 分(單選題 2 題 10 分、多選題 2 題 10 分)、第二部分選填題 16 題 80 分。答案已與學校公布的答案逐題核對,20 題一致。

第一部分:選擇題(佔 20 分) 壹、單選題(佔 10 分):第 1 至 2 題,每題選出最適當的一個選項,每題答對得 5 分,答錯不倒扣。
1
下列哪一個選項的正弦值與 sin6π​ 相等?
  1. (1) sin3π​
  2. (2) sin32π​
  3. (3) sin4π​
  4. (4) sin43π​
  5. (5) sin65π​
2
設 a=cos(π2),則下列敘述何者正確?
  1. (1) 21​<a≤1
  2. (2) 0<a≤21​
  3. (3) −21​<a≤0
  4. (4) −1<a≤−21​
  5. (5) a=−1
貳、多選題(佔 10 分):第 3 至 4 題,每題的五個選項各自獨立,其中至少有一個選項是正確的。每題皆不倒扣,五個選項全部答對者得 5 分,只錯一個選項可得 3 分,錯兩個選項可得 1 分,不作答或錯三個以上選項不給分。
3
關於正弦函數 y=sinx 及其圖形的描述,下列敘述何者正確?
  1. (1) 任何一條水平線與 y=sinx 的圖形都恰交於一點
  2. (2) 不論實數 x 的值為何,sinx 都有意義
  3. (3) y=sinx 的圖形對稱於 x=π
  4. (4) y=sinx 的圖形對稱於點 (π, 0)
  5. (5) y=sin(x−π) 的圖形與 y=sinx 的圖形會完全重疊在一起
4
設 0≤x<2π,則滿足不等式 −21​<sinx<23​​ 之 x 的範圍可為下列何者?
  1. (1) 0≤x<3π​
  2. (2) 6π​<x<3π​
  3. (3) 32π​<x<67π​
  4. (4) 67π​<x<34π​
  5. (5) 611π​<x<2π
第二部分:選填題(佔 80 分):第 A 至 P 題,每題完全答對給 5 分,答錯不倒扣,未完全答對不給分。(原卷題號 A~P,本頁編為第 5~20 題)
5
試問 (34π​−54π​) 弳為多少度? ____∘。
6
設 θ 是 20 弳的同界角,且 0≤θ<2π,試問 θ 為多少弳? ____ − ____ π。
7
已知扇形的弧長為 4 單位,面積為 3 平方單位,則此扇形的中心角為多少弳? ____。(以最簡分數作答)
8
sin3π​×cos45π​×tan611π​=________​​。(以最簡分數作答)
9
已知 tanθ=−512​,且 2π​<θ<π,試求 sin(23π​+θ)= ____。(以最簡分數作答)
10
已知函數 y=asin(x+2π​)+b,其中 a>0,若函數的最大值為 23​,最小值為 −21​,則數對 (a, b)= ____。(以最簡分數作答)
11
函數 y=sin(x+67π​) 的圖形往左平移幾個單位可以得到函數 y=sinx 的圖形。 ____ π。(以最簡分數作答)
12
函數 y=3sinx 與函數 y=x+1 的圖形有幾個交點。 ____。
13
一條長為 8 的繩子,所能圍出的扇形面積最大是多少? ____。
14
有一個時鐘的時針長度為 5 公分,分針長度為 8 公分。假設時針針尖每分鐘所移動的弧長都相等,試求早上 8 點到早上 8 點 30 分鐘時針針尖所移動的弧長 ____ π。(以最簡分數作答)
15
試問點 P(sin(−4), tan(−7)) 在第幾象限? ____。
16
勒洛三角形是一種特殊的圖形,在這個曲線上每一點到最遠一點的距離都相等,效果與圓形車輪一樣亦可以運載物體。這個圖形其實與圓有密切關係,這個三角形可以由三個等圓來形成,如附圖,每一個圓的半徑都相等,而且任一個圓心都在其他兩個圓的圓周上。若已知正 △ABC 的邊長為 6,則繪製出來的勒洛三角形面積為 ____ π− ____ ____​。
載入中...
17
求函數 f(x)=cos2x+2sinx+2 的最小值。 ____。
18
有一圓形摩天輪,當摩天輪開始運轉時,小龍恰坐在離地面最近的位置上,x 分鐘後,小龍離地的高度 y 公尺,可表為 y=f(x)=60sin(kx−2π​)+75。已知摩天輪轉一圈需要 25 分鐘,求 k 的近似值。 ____。(π=3.14,四捨五入到小數點後第二位)
19
已知 0≤x≤2.5π,如果 sinx=k 有三組解,由小到大依序是 α、β、γ 且 α+β+γ=413​π,則數對 (α, k)=(____π, ________​​)。(以最簡分數作答)
20
健身房中有一種體能訓練叫作戰繩運動,用於增加核心穩定和提升運動爆發力,必須利用核心肌群去穩定身體甩動繩子,讓繩子呈現波的狀態,如附圖所示,利用波的形狀去評估訓練者的練習狀況。若將此波形標示於坐標平面上,且此波形的函數為 y=f(x)=asin(bx)+c,其中 a、b、c 皆為正數,則數對 a+b+c= ____ + ____ π。(以最簡分數作答)
載入中...
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(5)
第 2 題(4)
第 3 題(2)(4)
第 4 題(1)(3)(5)
第 5 題96
第 6 題20、6(即 20−6π)
第 7 題38​
第 8 題2、4(即 42​​)
第 9 題135​
第 10 題(1, 21​)
第 11 題65​
第 12 題3
第 13 題4
第 14 題125​
第 15 題4(第四象限)
第 16 題18、18、3(即 18π−183​)
第 17 題0
第 18 題0.25
第 19 題41​、2、2(即 (41​π, 22​​))
第 20 題56​、1(即 56​+π)
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單選第 1、2 題:弧度角的三角函數值

第 1 題答案 (5)。65π​=π−6π​ 是第二象限角,參考角是 6π​,第二象限的正弦值為正,所以 sin65π​=sin6π​=21​。其餘四個選項的值依序是 23​​、23​​、22​​、22​​,都不是 21​。
兩個角相加等於 π 時正弦值相等。
第 2 題答案 (4)。π2≈3.142≈9.87,這是 9.87 弧度。減去一圈 2π≈6.28 得同界角約 3.59。π≈3.14、34π​≈4.19,所以 π<3.59<34π​,是第三象限角。角從 π 增加到 34π​ 時,餘弦值從 −1 一路增加到 −21​,所以 −1<a<−21​,落在選項 (4) 的範圍。
實際值約 −0.903。π2 不是 π 的整數倍,所以 a 不會剛好等於 −1。
弧度角先用 π≈3.14 換成 0 到 2π 之間的同界角,找出它夾在哪兩個特殊角之間。

02多選第 3、4 題:正弦函數圖形的性質、正弦值的範圍

第 3 題答案 (2)(4)。(1) 錯:水平線 y=2 與圖形沒有交點,水平線 y=0 與圖形有無限多個交點。(2) 對:任何實數 x 都可以當作一個弧度角,sinx 都有定義。(3) 錯:圖形對稱於通過最高點或最低點的鉛直線,而 x=π 時 sinπ=0,不是最大值也不是最小值;例如 sin2π​=1,但 sin23π​=−1,兩點與 x=π 等距卻不等高。(4) 對:(π, 0) 是圖形與 x 軸的交點,從這一點往右走 t 與往左走 t,函數值 sin(π+t)=−sint 與 sin(π−t)=sint 恰好差一個負號,所以圖形對稱於這一點。(5) 錯:y=sin(x−π) 是把 y=sinx 的圖形向右平移 π,只移了半個週期;例如 x=2π​ 時 sin(−2π​)=−1,而 sin2π​=1,兩個圖形不重疊。
要平移整個週期 2π(或它的整數倍)才會與原圖形完全重疊。原卷選項 (5) 印刷的部分只到「的圖形」,句尾「會完全重疊在一起」是卷面上補寫的字,本頁照補寫後的句子作答。
第 4 題答案 (1)(3)(5)。在 0≤x<2π 畫出 y=sinx 的圖形,看哪些部分夾在水平線 y=−21​ 與 y=23​​ 之間。sinx=23​​ 的解是 x=3π​、32π​;sinx=−21​ 的解是 x=67π​、611π​。圖形從 x=0(值為 0)上升,到 3π​ 碰到上面那條線;3π​ 到 32π​ 之間超出上線;32π​ 之後下降,到 67π​ 碰到下面那條線;67π​ 到 611π​ 之間低於下線;611π​ 之後回到兩線之間。所以解的範圍是 0≤x<3π​、32π​<x<67π​、611π​<x<2π 三段,即 (1)(3)(5)。(2):區間 6π​<x<3π​ 整段落在第一段 0≤x<3π​ 裡面,區間內的 x 都滿足不等式,但它只是第一段的一部分;學校公布的答案不含 (2)。(4) 錯:這一段的正弦值都小於 −21​。
這一題的題意有兩種讀法。若把「範圍可為」讀成「這個範圍裡的 x 都滿足不等式」,選項 (2) 也成立;學校公布的答案 (1)(3)(5) 是把解寫成三段、只取完整的段。本頁照學校公布的答案。選了 (2) 的同學,對不等式的判斷本身沒有錯。
正弦值的不等式用圖形解:先求出與水平線的交點,再一段一段看圖形在線的上方還是下方。

03選填 A~C(第 5~7 題):度與弧度、同界角、扇形

第 5 題34π​−54π​=1520π−12π​=158π​。π 弧度 =180∘,所以 158π​=158​×180∘=96∘。
也可以分開換:34π​=240∘,54π​=144∘,相減得 96∘。
第 6 題同界角相差 2π 的整數倍。2π≈6.28,6π≈18.85,8π≈25.13,所以 6π≤20<8π。減去三圈:θ=20−6π≈1.15,在 0 與 2π 之間。兩格依序填 20、6。
第 7 題設半徑 r、圓心角 θ。扇形面積 =21​× 半徑 × 弧長,所以 3=21​×r×4,r=23​。再由弧長 s=rθ:4=23​θ,θ=38​(弧度)。
38​≈2.67 弧度,小於 2π,是合理的圓心角。

04選填 D、E(第 8、9 題):特殊角與廣義角的三角函數值

第 8 題sin3π​=23​​。45π​ 是第三象限角,參考角 4π​,餘弦為負,cos45π​=−22​​。611π​ 是第四象限角,參考角 6π​,正切為負,tan611π​=−33​​。原式 =23​​×(−22​​)×(−33​​)=1232​​=42​​。根號內填 2,分母填 4。
兩個負號相乘為正;3​×3​=3 要記得與分母約分。
第 9 題θ 是第二象限角,tanθ=xy​=−512​,在終邊上取點 (−5, 12),到原點的距離 r=52+122​=13,所以 cosθ=−135​、sinθ=1312​。23π​+θ 是把 θ 的終邊再逆時針轉 270∘(等於順時針轉 90∘),點 (x, y) 會轉到 (y, −x),所以 (−5, 12) 轉到 (12, 5),sin(23π​+θ)=135​。
寫成公式就是 sin(23π​+θ)=−cosθ。θ 在第二象限時 23π​+θ 在 2π 與 25π​ 之間,與第一象限角同界,正弦值為正,符號相符。
先由象限決定正負號,再用參考角求值;只知道一個三角函數值時,在終邊上取一個點來算。

05選填 F~H(第 10~12 題):最大最小值、圖形平移、交點個數

第 10 題−1≤sin(x+2π​)≤1,且 a>0,所以最大值是 a+b、最小值是 −a+b。由 a+b=23​、−a+b=−21​,兩式相加得 2b=1,b=21​;相減得 2a=2,a=1。(a, b)=(1, 21​)。
第 11 題把圖形往左平移 h 個單位,是把 x 換成 x+h,得到 y=sin(x+h+67π​)。要與 y=sinx 的圖形相同,h+67π​ 必須是週期 2π 的整數倍;h>0 時最小的是 h+67π​=2π,h=65π​,格內填 65​。
若改成往右平移,只要移 67π​;題目指定往左,所以要補到一整個週期。答案格只有一位數的分子與分母,取最小的正數 65​π。
第 12 題−3≤3sinx≤3,所以交點只可能出現在 −3≤x+1≤3,即 −4≤x≤2。在這個範圍比較兩個圖形的高低:x=−4 時曲線約 2.27、直線 −3,曲線在上;x=−π 時曲線 0、直線約 −2.14,曲線在上;x=−2π​ 時曲線 −3、直線約 −0.57,曲線在下;x=0 時曲線 0、直線 1,曲線在下;x=2π​ 時曲線 3、直線約 2.57,曲線在上;x=2 時曲線約 2.73、直線 3,曲線在下。高低換了三次,分別在 −π 與 −2π​ 之間、0 與 2π​ 之間、2π​ 與 2 之間,由圖形可看出每一處恰交一點,共 3 個交點。
−2π​ 到 0 之間曲線一直在 x 軸下方且低於直線(例如 x=−1 時曲線約 −2.52、直線 0),這一段沒有交點。
y=asin(⋯)+b 的最大值是 ∣a∣+b、最小值是 −∣a∣+b;數交點時先用正弦值的範圍把 x 框住,再畫圖。

06選填 I~K(第 13~15 題):扇形最大面積、時針的弧長、象限判斷

第 13 題設扇形半徑 r、弧長 s,繩子圍成扇形的周長:2r+s=8,s=8−2r(0<r<4)。面積 =21​rs=21​r(8−2r)=4r−r2=−(r−2)2+4。r=2 時面積最大,最大值為 4。
此時弧長 s=4,圓心角 θ=rs​=2 弧度。周長要算兩條半徑加一段弧。
第 14 題時針 12 小時轉一圈 2π,每小時轉 122π​=6π​,30 分鐘是半小時,轉 12π​。時針針尖走的弧長 = 半徑 × 圓心角 =5×12π​=125​π(公分),格內填 125​。
題目問的是時針,半徑用 5;分針的長度 8 用不到。
第 15 題−4+2π≈2.28,在 2π​≈1.57 與 π≈3.14 之間,所以 −4 弧度是第二象限角,sin(−4)>0。−7+4π≈5.57,在 23π​≈4.71 與 2π≈6.28 之間,所以 −7 弧度是第四象限角,tan(−7)<0。點 P 的 x 坐標為正、y 坐標為負,在第四象限,格內填 4。
數值約為 P(0.757, −0.871)。負角先加上 2π 的整數倍換成 0 到 2π 之間的同界角再判斷。

07選填 L(第 16 題):勒洛三角形的面積

第 16 題三個圓的圓心是 A、B、C,半徑都等於正三角形的邊長 6。勒洛三角形的三段邊界分別是以 A 為圓心的弧 BC、以 B 為圓心的弧 CA、以 C 為圓心的弧 AB,每段弧所對的圓心角都是正三角形的內角 3π​。扇形 A-BC 的面積 =21​×62×3π​=6π。三個這樣的扇形合起來蓋住整個勒洛三角形,但中間的正 △ABC 被算了三次,要扣掉兩次。正三角形面積 =43​​×62=93​。所求面積 =3×6π−2×93​=18π−183​。三格依序填 18、18、3。
也可以看成「正三角形加三個弓形」:每個弓形面積是 6π−93​,總面積 =93​+3(6π−93​)=18π−183​,結果相同。原卷另附一張騎車的圖片作情境,本頁不重畫。
由圓弧圍成的圖形,先找出每段弧的圓心、半徑與圓心角,再拆成扇形與三角形。

08選填 M、N(第 17、18 題):化成二次函數求極值、由週期求係數

第 17 題用 cos2x=1−sin2x 把式子全部換成 sinx:f(x)=1−sin2x+2sinx+2=−sin2x+2sinx+3。令 t=sinx,−1≤t≤1,f=−t2+2t+3=−(t−1)2+4。這是開口向下的拋物線,頂點在 t=1;在 −1≤t≤1 的範圍內,離頂點最遠的 t=−1 有最小值 −(−2)2+4=0。
t=1 時得到的 4 是最大值。最小值出現在 sinx=−1,例如 x=23π​,此時 cos2x=0,f=0−2+2=0。
第 18 題摩天輪轉一圈回到原來的高度,所以函數的週期是 25 分鐘。y=60sin(kx−2π​)+75 的週期是 k2π​(由題意 k>0:開始運轉後高度要先上升),所以 k2π​=25,k=252π​≈252×3.14​=256.28​=0.2512,四捨五入到小數點後第二位是 0.25。
x=0 時 y=60sin(−2π​)+75=15,正是最低點,與題意相符。
同時有 sinx 與 cos2x 時,換成只有 sinx 的二次函數,記得 sinx 只能在 −1 與 1 之間。

09選填 O、P(第 19、20 題):用對稱與週期解方程式、由圖形決定函數

第 19 題在 0≤x≤25π​ 畫 y=sinx 與水平線 y=k。k<0 時只在 π 與 2π 之間交兩點;k=1 時只有 2π​、25π​ 兩個解;k=0 時三個解 0、π、2π 的和是 3π,不合。所以 0<k<1:前兩個解 α、β 在 0 與 π 之間,對稱於 x=2π​,α+β=π;第三個解在 2π 與 25π​ 之間,比 α 多一個週期,γ=α+2π。於是 α+β+γ=π+α+2π=3π+α=413​π,α=4π​,k=sin4π​=22​​。π 前面的格填 41​,根號內填 2,分母填 2。
檢查:三個解是 4π​、43π​、49π​,和為 413π​;下一個解 411π​ 已超過 25π​,所以恰好三個。
第 20 題由圖,最大值 1.2、最小值 0.2。a>0 時最大值 a+c=1.2、最小值 −a+c=0.2,解得 c=0.7、a=0.5。相鄰兩個最高點在 x=0.5 與 x=2.5,週期是 2;b>0,所以 b2π​=2,b=π。a+b+c=0.5+π+0.7=1.2+π=56​+π。兩格依序填 56​、1。
檢查:x=0 時 y=c=0.7,x=0.5 時 y=0.5sin2π​+0.7=1.2,與圖相符。原卷題幹印作「數對 a+b+c」,所求是三個數的和。
y=asinbx+c:c 是最大值與最小值的平均,a 是兩者差的一半,b 由週期 b2π​ 決定。

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平鎮高中 113 上 高二第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 2 題要先估出圓周率的平方約 9.87,再換成同界角判斷落在哪一段;第 4 題要把正弦值介於兩個數之間的範圍分成三段來找;第 17 題把餘弦平方換成正弦後是開口向下的二次函數,最小值出現在端點;第 19 題要用圖形的對稱軸與週期把三個解寫成同一個角。詳解逐題寫在本頁。

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