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)

平鎮高中 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 20 題,照原卷順序

單選題 4 題(20 分)、多重選擇題 3 題(15 分)、選填題 13 題(65 分);所有的分數型式的答案皆須化成最簡分數

一、單選題|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。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
化簡 sin3π​×cos32π​= ____
  1. (1) 453​​
  2. (2) −433​​
  3. (3) −43​​
  4. (4) −43​
  5. (5) −453​​
2
若 sinθ 為方程式 6x2−7x−5=0 之一根,求 cos2θ= ____?
  1. (1) −257​
  2. (2) 257​
  3. (3) −97​
  4. (4) 21​
  5. (5) 23​​
3
已知 a=cos(100π)∘,則下列選項何者正確?
  1. (1) a=1
  2. (2) a=−1
  3. (3) 0≤a<21​
  4. (4) 21​≤a<1
  5. (5) −1<a≤−21​
4
某公園內有個半徑 50 公尺的圓形池塘(O 為圓心),打算在池塘內建造一座 H 字形的木橋(如圖所示),其中 ∠AEF=∠EFD=90∘,且 EO=OF。試問這座木橋總長(AB+CD+EF)最長有多少公尺?
  1. (1) 1005​ 公尺
  2. (2) 200 公尺
  3. (3) 250 公尺
  4. (4) 10010​ 公尺
  5. (5) 1503​ 公尺
載入中...
二、多重選擇題|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。各題之選項獨立判定,所有選項均答對者,得 5 分;答錯 1 個選項者,得 3 分;答錯 2 個選項者,得 1 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
右圖是三角函數 y=bcosax+c 的部分圖形,其中 a>0,則下列哪些選項是正確的?
  1. (1) 週期為 23π​
  2. (2) a=32​
  3. (3) c=4
  4. (4) b=3
  5. (5) 點 (2π​,25​) 在圖形上
載入中...
6
下列各選項中,哪些的值等於 21​?
  1. (1) sin(−210∘)
  2. (2) 2sin15∘cos15∘
  3. (3) 4cos340∘−3cos40∘
  4. (4) 1−2sin222.5∘
  5. (5) 1−tan275∘2tan75∘​
7
關於函數 y=f(x)=3sinx+3​cosx 的敘述,下列哪些正確?
  1. (1) 週期為 2π
  2. (2) 函數有最大值 25​
  3. (3) 在 x=3π​ 有最大值
  4. (4) 圖形對稱於直線 x=32π​
  5. (5) 函數 y=∣f(x)∣ 的週期為 π
三、選填題|第 A 至 M 題,每格完全答對得 5 分,答錯不倒扣,未完全答對不給分。(原卷題號 A~M,本頁編為第 8~20 題)
8
當時鐘的時間為下午 3 點 40 分時,則此時時針與分針所夾之較小角為 ____ 弳。
9
已知 θ 與 1000∘ 為同界角,且 0≤θ≤2π,則 θ= ____。
10
將 y=sinx 之圖形以 y 軸為基準線,水平方向伸縮為原來的 41​ 倍,再向左平移 6π​ 單位,然後再以 x 軸為基準線,沿鉛直方向伸縮為原來的 2 倍,最後再向下平移 3 單位,所得方程式為 y=asin(bx+c)+d,0<c<2π,則序組 (a,b,c,d)= ____。
11
如圖,△ABC 為一直角三角形,AB=4,BC=3,若以 BC 為一邊向外做出一正方形 BCED,則 tan∠CAE= ____。
載入中...
12
有一扇形的半徑為 r,鈍角圓心角為 θ 弳,若此扇形的周長為 12,面積為 9,則數對 (r,θ)= ____。
13
試求 sin23∘cos112∘−sin292∘sin67∘= ____。
14
△ABC 中,cosA=−53​,cosB=1312​,則 tanC= ____。
15
將 f(x)=2sin(x+6π​)+2cosx 化為 Rsin(kx+θ) 的形式,其中 R>0,k>0,0≤θ<2π,求數對 (R,θ)= ____。
16
已知 −2π​<x<0,且 3​sin2x−cos2x+1=0,則 x= ____。
17
方程式 πx​=8sinx 中,x 的解共有 ____ 個。
18
如圖,有一個半徑為 6 公分的圓形硬幣沿著地面一直線向左滾動了 8π 公分後,則此時 A 點離地面 ____ 公分。
載入中...
19
設 y=2sinx+23​cosx+6,若 0≤x≤π,當 x=x0​ 時,y=y0​ 有最大值。求此數對 (x0​,y0​)= ____。
20
在 0≤x≤2π 的範圍內,試求不等式 3​sinx+cosx≥2​ 的解為 ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(3)
第 2 題(4)
第 3 題(4)
第 4 題(1)
第 5 題(2)(4)(5)
第 6 題(1)(2)
第 7 題(1)(3)(5)
第 8 題1813π​
第 9 題914π​
第 10 題(2, 4, 32π​, −3)
第 11 題379​
第 12 題(3, 2)
第 13 題22​​
第 14 題5633​
第 15 題(23​, 3π​)
第 16 題−3π​
第 17 題15
第 18 題9
第 19 題(6π​, 10)
第 20 題12π​≤x≤127π​
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):特別角、二倍角、度與弧度、疊合求最大值

第 1 題答案 (3)。3π​=60∘,32π​=120∘。sin60∘=23​​,cos120∘=−cos60∘=−21​,相乘得 23​​×(−21​)=−43​​。
120∘ 在第二象限,餘弦是負的。
第 2 題答案 (4)。6x2−7x−5=(3x−5)(2x+1)=0,x=35​ 或 x=−21​。正弦值介於 −1 與 1 之間,35​ 不合,所以 sinθ=−21​。由二倍角公式 cos2θ=1−2sin2θ=1−2×41​=21​。
兩個根要先用 −1≤sinθ≤1 篩掉一個;cos2θ 只用到 sin2θ,不必再判斷象限。
第 3 題答案 (4)。括號外有度的記號,所以角度是 100π 度,約 314.16∘。它介於 300∘ 與 360∘ 之間,在第四象限;餘弦在 270∘ 到 360∘ 這段遞增,所以 cos300∘<a<cos360∘,即 21​<a<1,落在 21​≤a<1。
如果是 100π 弧度,那是 50 圈,餘弦值才是 1;這裡的單位是度,選 (1) 就是把單位看成弧度了。實際值 a=cos314.16∘=cos45.84∘≈0.697。
第 4 題答案 (1)。連 OA,設 ∠AOE=θ(0∘<θ<90∘)。直角三角形 AEO 中 OA=50,所以 AE=50sinθ、EO=50cosθ。OE 垂直弦 AB,會平分它,AB=2AE=100sinθ;又 OF=EO,同理 CD=100sinθ,EF=2EO=100cosθ。總長 =200sinθ+100cosθ=1005​(5​2​sinθ+5​1​cosθ)=1005​sin(θ+φ),其中 cosφ=5​2​、sinφ=5​1​。當 θ+φ=90∘ 時最大,最大值 1005​ 公尺。
確認取得到:φ≈26.6∘,θ≈63.4∘(tanθ=2),在 0∘ 到 90∘ 之間。1005​≈223.6,比 (2) 的 200(θ=90∘ 時兩條直徑重合的極端情形)大。

02多重選擇題(第 5~7 題):讀圖定係數、公式的形狀、疊合後的性質

第 5 題答案 (2)(4)(5)。圖形的最高點是 A(0,4),往右第一個最低點是 B(23π​,−2)。最高點到相鄰最低點是半個週期,所以週期 =2×23π​=3π,(1) 錯;a>0 時週期 =a2π​=3π,a=32​,(2) 對。x=0 時 y=b+c 是最大值,所以 b>0,且 b+c=4、−b+c=−2,解得 c=1、b=3,(3) 錯、(4) 對。函數是 y=3cos32x​+1;代 x=2π​:3cos3π​+1=23​+1=25​,(5) 對。
c 是最大值與最小值的平均 24+(−2)​=1,不是最大值 4。另外,原卷附圖在 π、2π 兩處把點畫在曲線與 x 軸的交點上,但由 A、B 定出的函數在 x=π 時 y=3cos32π​+1=−21​,與 x 軸的交點其實在 x≈2.87 與 x≈6.56;本頁的圖照 A、B 兩點畫,π、2π 只標成 x 軸刻度。原卷標準答案 (2)(4)(5) 與用 A、B 兩點算出的結果一致。
第 6 題答案 (1)(2)。(1) sin(−210∘)=−sin210∘=−(−21​)=21​,對。(2) 2sin15∘cos15∘=sin30∘=21​,對。(3) 是三倍角公式 cos3θ=4cos3θ−3cosθ 的形狀,值為 cos120∘=−21​,錯。(4) 1−2sin222.5∘=cos45∘=22​​,錯。(5) 1−tan275∘2tan75∘​=tan150∘=−33​​,錯。
(3) 與 (5) 都是角度變大後跑到第二象限,正負號變了。
第 7 題答案 (1)(3)(5)。疊合:3sinx+3​cosx=23​(23​​sinx+21​cosx)=23​sin(x+6π​)。(1) 對:週期 2π。(2) 錯:最大值是 32+(3​)2​=12​=23​。(3) 對:x=3π​ 時 x+6π​=2π​,正弦值為 1。(4) 錯:對稱軸要通過最高點或最低點,但 f(32π​)=23​sin65π​=3​,不是 ±23​。(5) 對:∣f(x)∣=23​​sin(x+6π​)​,把 x 軸下方的部分翻上來後,每隔 π 就重複一次。
振幅是 32+(3​)2​=9+3​;3​ 的平方是 3,不是 9 也不是 3​。

03選填 A~E(第 8~12 題):弧度量、圖形變換、正切差角、扇形

第 8 題從 12 點方向順時針量:分針每分鐘走 6∘,40 分時在 240∘;時針每小時走 30∘、每分鐘走 0.5∘,3 點 40 分時在 90∘+20∘=110∘。夾角 240∘−110∘=130∘,小於 180∘,就是較小角。130∘=130×180π​=1813π​ 弳。
時針不是停在 3 的位置,40 分鐘內它又往前走了 20∘。
第 9 題1000∘=2×360∘+280∘,所以同界角是 280∘。280∘=280×180π​=914π​,在 0 與 2π 之間。
第 10 題一步一步換:水平伸縮為 41​ 倍,把 x 換成 4x,得 y=sin4x。向左平移 6π​,把 x 換成 x+6π​,得 y=sin4(x+6π​)=sin(4x+32π​)。鉛直伸縮為 2 倍,得 y=2sin(4x+32π​)。向下平移 3,得 y=2sin(4x+32π​)−3。c=32π​ 在 0 與 2π 之間,(a,b,c,d)=(2,4,32π​,−3)。
先伸縮再平移時,平移是把「x」換成 x+6π​,所以 c=4×6π​=32π​,不是 6π​。
第 11 題直角在 B。設 ∠CAB=α、∠EAD=β,A、B、D 在同一直線上,AD=4+3=7,DE=3。tanα=ABBC​=43​,tanβ=ADDE​=73​。∠CAE=α−β,所以 tan∠CAE=1+tanαtanβtanα−tanβ​=1+43​×73​43​−73​​=2837​289​​=379​。
∠CAE 不在任何直角三角形裡,要拆成兩個直角三角形的角相減。
第 12 題周長 =2r+rθ=12,面積 =21​r2θ=9。由第一式 rθ=12−2r,代入第二式:21​r(12−2r)=9,r2−6r+9=0,r=3。於是 3θ=6,θ=2。(r,θ)=(3,2)。
2 弳約 114.6∘,確實是鈍角。周長要記得加兩條半徑。

04選填 F~I(第 13~16 題):差角公式、第三個角的正切、疊合與解方程式

第 13 題把角度都換成 67∘ 與 112∘:sin23∘=cos67∘;sin292∘=sin(360∘−68∘)=−sin68∘=−sin112∘。原式 =cos67∘cos112∘+sin112∘sin67∘=cos(112∘−67∘)=cos45∘=22​​。
sin68∘=sin(180∘−68∘)=sin112∘;減去一個負的變成加,剛好湊成餘弦的差角公式。
第 14 題A、B 是三角形的內角,正弦為正:sinA=54​,sinB=135​,所以 tanA=−34​,tanB=125​。C=180∘−(A+B),tanC=−tan(A+B)=−1−tanAtanBtanA+tanB​=−1+34​×125​−34​+125​​=914​1211​​=1211​×149​=5633​。
cosA<0 表示 A 是鈍角,tanA 是負的;C 是銳角,tanC 為正,可以用來檢查正負號。
第 15 題先用和角公式展開:2sin(x+6π​)=2(sinx⋅23​​+cosx⋅21​)=3​sinx+cosx,所以 f(x)=3​sinx+3cosx。疊合:(3​)2+32​=12​=23​,f(x)=23​(21​sinx+23​​cosx)=23​sin(x+3π​)。k=1,(R,θ)=(23​,3π​)。
兩項的角不同(x+6π​ 與 x),不能直接疊合,要先展開成同一個角的 sinx、cosx。
第 16 題疊合:3​sin2x−cos2x=2(23​​sin2x−21​cos2x)=2sin(2x−6π​),方程式變成 sin(2x−6π​)=−21​。−2π​<x<0 時 −67π​<2x−6π​<−6π​。在這個範圍內正弦值為 −21​ 的角只有 −65π​(兩個端點 −67π​、−6π​ 都不含在內)。2x−6π​=−65π​,x=−3π​。
另一個常見的解 2x−6π​=−6π​ 會得到 x=0,不在範圍內。驗算:x=−3π​ 時 3​sin(−32π​)−cos(−32π​)+1=−23​+21​+1=0。

05選填 J~M(第 17~20 題):數交點、滾動、範圍內的極值、三角不等式

第 17 題改寫成 sinx=8πx​,數 y=sinx 與直線 y=8πx​ 的交點。正弦值介於 −1 與 1 之間,只需看 −8π≤x≤8π。x=0 是一個解。x>0 時直線在 x 軸上方,只會和正弦圖形的「山峰」相交:(0,π) 內 1 個(另一個交點就是 x=0);(2π,3π)、(4π,5π)、(6π,7π) 三個山峰,直線在峰頂處的高度依序是 165​、169​、1613​,都小於 1,每個山峰各交 2 點。x=8π 時直線高度到 1,但 sin8π=0,沒有交點。所以 x>0 有 1+2+2+2=7 個。兩邊都是奇函數,x<0 也有 7 個。合計 7+7+1=15 個。
第一個山峰只多出 1 個正的解,因為另一個交點是原點;最後別忘了把 x=0 算進去。
第 18 題滾動不滑動時,硬幣轉過的弧長等於前進的距離 8π,所以轉了 68π​=34π​ 弳,也就是 240∘。A 原本在圓心正下方,轉了 240∘ 後,圓心到 A 的方向與「正下方」夾 240∘,即與「正上方」夾 60∘。圓心離地 6 公分,A 比圓心高 6cos60∘=3 公分,所以 A 離地 6+3=9 公分。
也可以直接寫高度 =6−6cos34π​=6+3=9。高度只跟轉了多少角度有關,向左或向右滾結果一樣。
第 19 題疊合:2sinx+23​cosx=4(21​sinx+23​​cosx)=4sin(x+3π​),y=4sin(x+3π​)+6。0≤x≤π 時 3π​≤x+3π​≤34π​,這段包含 2π​,正弦最大可以到 1。當 x+3π​=2π​,即 x0​=6π​ 時,y0​=4+6=10。
要先確認 2π​ 落在角度範圍內,才可以直接用振幅當最大值。
第 20 題疊合:3​sinx+cosx=2sin(x+6π​),不等式變成 sin(x+6π​)≥22​​。0≤x≤2π 時 6π​≤x+6π​≤613π​;在這個範圍內正弦值不小於 22​​ 的只有 4π​≤x+6π​≤43π​(下一段要從 49π​ 開始,已超過 613π​)。各減 6π​:12π​≤x≤127π​。
4π​−6π​=12π​,43π​−6π​=127π​。
看到 asinx+bcosx 先疊合成單一正弦,再把 x 的範圍換成整個角的範圍,方程式、不等式、極值都在那個範圍裡找。

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選填 I(本頁第 16 題)疊合後要把 x 的範圍換成整個角的範圍,範圍內只有一個解;選填 J(第 17 題)數交點時第一個山峰只多一個正的解,還要加上原點;選填 G(第 14 題)A 是鈍角、正切是負的;選填 D(第 11 題)要把角拆成兩個直角三角形的角相減;選填 C(第 10 題)先伸縮再平移,c 不是平移量本身。詳解逐題寫在本頁。

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