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、和差角與倍角半角公式、正餘弦的疊合)

善化高中 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 18 題,照原卷順序

單選題 6 題(30 分)、多選題 4 題(20 分)、填充題 8 題 10 格(50 分)

一、單選題(一題 5 分,共 30 分)
1
設 180∘<θ<360∘,且 4sinθ=−3cosθ,則 tan2θ​ 的值為何?
  1. (A) −31​
  2. (B) 3
  3. (C) −1
  4. (D) 1
  5. (E) −3
2
設 −2π≤x≤6π,則方程式 cosx=112−1​ 的解有幾個?
  1. (A) 2
  2. (B) 4
  3. (C) 6
  4. (D) 8
  5. (E) 10
3
下列哪一個三角比值最大?
  1. (A) sin6π​
  2. (B) cos5π​
  3. (C) sin1
  4. (D) cos1
  5. (E) sin2
4
鐘面上的時間為十點二十分時,時針與分針所夾較小的角度為多少度?
  1. (A) 167∘
  2. (B) 168∘
  3. (C) 169∘
  4. (D) 170∘
  5. (E) 171∘
5
y=f(x) 為 y=sinx 或 y=cosx 經平移伸縮後而得到的函數,其部分圖形如圖,其中 A(6π​,1),B(125π​,−1),試問下列哪一選項最合理?
  1. (A) f(x)=−1+2cos(2x−6π​)
  2. (B) f(x)=−1+2cos(2x​−12π​)
  3. (C) f(x)=−1+2cos(2x+3π​)
  4. (D) f(x)=−1+2sin(2x​+24π​)
  5. (E) f(x)=−1+2sin(2x+6π​)
載入中...
6
函數 f(x)=3sinx−33​cosx,0≤x≤2π,當 x=α 時,f(x) 有最小值 −6,則 α=?
  1. (A) 32π​
  2. (B) 65π​
  3. (C) 34π​
  4. (D) 35π​
  5. (E) 611π​
二、多選題(一題 5 分,共 20 分)(原卷題號 1~4,本頁接續編為第 7~10 題)
7
右圖是三角函數 y=c+bcosax 的部分圖形,其中 a>0,則下列那些選項是正確的?
  1. (A) 週期為 23π​
  2. (B) a=32​
  3. (C) c=4
  4. (D) b=3
  5. (E) 點 (2π​,25​) 在圖形上
載入中...
8
已知 0≤x≤π,y=2cos(3π​−x)−2cosx+1,則下列何者正確?
  1. (A) y 的週期是 2π
  2. (B) y 的最大值 =3
  3. (C) y 的最大值 =2
  4. (D) y 的最小值 =0
  5. (E) x=32π​ 時,y 有最大值
9
設 x∈R,若方程式 sinx+3​cosx=k,則下列哪些選項中的 k 值,會使得方程式沒有實數解?
  1. (A) 1
  2. (B) 3​
  3. (C) 2
  4. (D) 23​
  5. (E) −23​
10
坐標平面上,O 為原點,P(x,12) 為角 θ 終邊上一點,且 cosθ=−53​,則下列選項哪些正確?
  1. (A) x=−3
  2. (B) sinθ=54​
  3. (C) sin(2π−θ)=−54​
  4. (D) tan(π−θ)=−43​
  5. (E) cos(−25π​−θ)=54​
三、填充題(一題 5 分,共 50 分)(原卷題號 1~8,本頁接續編為第 11~18 題;第 12、16 題各有兩格,全大題共 10 格)
11
如圖,∠C 是直角,AC=BC,D、E 三等分 BC,∠DAE=θ,則 tanθ= ____。
載入中...
12
已知 y=3sinx+3​cosx+2,且 0≤x≤2π​,則 (1) y 的最小值 m= ____。 (2) 此時 x 值 = ____。
13
已知 270∘<θ<360∘ 且 sinθ=−53​,則 cos2θ​= ____。
14
若 0≤x≤2π,則 sinx<−21​ 的解為 ____。
15
已知 tanα+tanβ=35​,tanαtanβ=−31​,則 sin(α+β)cos(α−β)​= ____。
16
如附圖(右),△ABC 為一邊長 4 的正三角形,圓 O 為其內切圓,D、E、F 為其切點,試求: (1) OD 的長度 = ____。 (2) 鋪色部分面積的大小 = ____。
載入中...
17
方程式 sinx=3πx​ 解的個數有 ____ 個。
18
如右圖,每一小方格皆是邊長為 1 的正方形,若 ∠BCA=α,∠DCE=β,則 ∠ACE= ____。
載入中...
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)
第 2 題(D)
第 3 題(E)
第 4 題(D)
第 5 題(E)
第 6 題(E)
第 7 題(B)(D)(E)
第 8 題(A)(B)(D)(E)
第 9 題(D)(E)
第 10 題(B)(C)
第 11 題113​
第 12 題(1) 2+3​ (2) 0
第 13 題−10310​​
第 14 題67π​<x<611π​
第 15 題52​
第 16 題(1) 323​​ (2) 94π​−33​​
第 17 題7
第 18 題135∘
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 1~3 題:半角的正切、解的個數、弧度角比大小

第 1 題答案 (A)。由 4sinθ=−3cosθ 得 tanθ=−43​。令 t=tan2θ​,由正切的倍角公式 tanθ=1−t22t​:1−t22t​=−43​,整理得 3t2−8t−3=0,(3t+1)(t−3)=0,t=−31​ 或 3。因為 90∘<2θ​<180∘,2θ​ 是第二象限角,正切為負,所以 tan2θ​=−31​。
也可以先定出 θ 在第四象限(正切為負),sinθ=−53​、cosθ=54​,再用半角公式 cos2θ​=−21+54​​​=−10​3​、sin2θ​=21−54​​​=10​1​ 相除。
第 2 題答案 (D)。−1121​ 介於 −1 與 1 之間,在長度為 2π 的一個週期內,y=cosx 的圖形與水平線 y=−1121​ 恰有 2 個交點。−2π≤x≤6π 的長度是 8π,正好 4 個週期;端點處 cosx=1,不是解,不會重複計算。所以共有 4×2=8 個解。
第 3 題答案 (E)。把五個值都化成 0 到 2π​ 之間的角的正弦(2π​≈1.571),在這個範圍內角越大正弦越大。(A) sin6π​≈sin0.524;(B) cos5π​=sin(2π​−5π​)=sin103π​≈sin0.942;(C) sin1;(D) cos1=sin(2π​−1)≈sin0.571;(E) sin2=sin(π−2)≈sin1.142。角度最大的是 1.142,所以 sin2 最大。
大小順序是 sin2>sin1>cos5π​>cos1>sin6π​。1 弳約 57.3∘,2 弳約 114.6∘,在第二象限。

02單選第 4~6 題:時鐘夾角、由圖形找函數、疊合求最小值

第 4 題答案 (D)。鐘面一大格是 30∘。十點二十分時,分針指向 4,從 12 順時針算起是 120∘;時針從 10 再走了 6020​ 格,位置是 300∘+30∘×31​=310∘。兩針相差 310∘−120∘=190∘,較小的夾角是 360∘−190∘=170∘。
時針不是停在 10:二十分鐘它走了 10∘。
第 5 題答案 (E)。圖形在 y=1 與 y=−3 之間起伏,中心線是 y=−1、振幅是 2。A 是最高點,B 是 A 之後圖形下降時第一次通過中心線的點,兩點的 x 坐標相差四分之一個週期:125π​−6π​=4π​,所以週期是 π,x 的係數是 2,(B)(D) 不合。把 A 的 x=6π​ 代入其餘選項:(A) −1+2cos6π​=−1+3​=1;(C) −1+2cos32π​=−2=1;(E) −1+2sin2π​=1,符合。再代 B:−1+2sin(65π​+6π​)=−1+2sinπ=−1,也符合。
直接寫式子:最高點在 x=6π​,所以 f(x)=−1+2cos(2(x−6π​))=−1+2cos(2x−3π​),而 cos(2x−3π​)=sin(2x−3π​+2π​)=sin(2x+6π​),就是 (E)。
第 6 題答案 (E)。疊合:3sinx−33​cosx=6(21​sinx−23​​cosx)=6(sinxcos3π​−cosxsin3π​)=6sin(x−3π​)。最小值 −6 發生在 sin(x−3π​)=−1。0≤x≤2π 時 −3π​≤x−3π​≤35π​,這個範圍內只有 x−3π​=23π​,所以 α=23π​+3π​=611π​。

03多選第 1、2 題(第 7、8 題):由圖形決定餘弦函數、疊合後在限制範圍求極值

第 7 題答案 (B)(D)(E)。圖中最高點是 A(0,4),最低點是 B(23π​,−2)。相鄰的最高點與最低點相差半個週期,所以週期是 2×23π​=3π,(A) 錯。由 a2π​=3π 得 a=32​,(B) 對。中心線 c=24+(−2)​=1,(C) 錯。x=0 時 y=c+b=4,所以 b=3,(D) 對。函數是 y=1+3cos32x​,代 x=2π​:1+3cos3π​=1+23​=25​,(E) 對。
流傳版本的圖把 A、B 的坐標寫在點旁,本頁改用坐標軸上的刻度表示。x=π 與 x=2π 時 y=1+3×(−21​)=−21​,圖形並不在這兩處通過 x 軸。
第 8 題答案 (A)(B)(D)(E)。2cos(3π​−x)=2(cos3π​cosx+sin3π​sinx)=cosx+3​sinx,所以 y=3​sinx−cosx+1=2(23​​sinx−21​cosx)+1=2sin(x−6π​)+1。(A) 對:這個函數式中 x 的係數是 1,週期是 2π。0≤x≤π 時 −6π​≤x−6π​≤65π​,sin(x−6π​) 的範圍是 −21​ 到 1。最大值在 x−6π​=2π​,即 x=32π​ 時,y=2+1=3,(B)(E) 對、(C) 錯。最小值在 x−6π​=−6π​,即 x=0 時,y=2×(−21​)+1=0,(D) 對。
(A) 是就函數式 2sin(x−6π​)+1 本身的週期來判斷,題目的 0≤x≤π 是討論極值時的範圍;流傳版本的參考答案也把 (A) 列為正確。最小值不是 2×(−1)+1=−1,因為這個範圍內正弦到不了 −1。

04多選第 3、4 題(第 9、10 題):疊合後的值域、廣義角三角比

第 9 題答案 (D)(E)。疊合:sinx+3​cosx=2(21​sinx+23​​cosx)=2sin(x+3π​)。x 是任意實數時,左式的值恰好跑遍 −2 到 2,所以 −2≤k≤2 時有實數解,k>2 或 k<−2 時沒有實數解。1、3​≈1.73、2 都在範圍內;23​≈3.46>2、−23​<−2 在範圍外。
k=2 剛好是最大值,仍然有解(例如 x=6π​)。
第 10 題答案 (B)(C)。P 到原點的距離 r=x2+144​,cosθ=rx​=−53​,所以 x<0,且 25x2=9(x2+144),x2=81,x=−9,r=15。(A) 錯:x=−9。(B) 對:sinθ=1512​=54​。(C) 對:sin(2π−θ)=sin(−θ)=−sinθ=−54​。(D) 錯:tanθ=−912​=−34​,tan(π−θ)=−tanθ=34​。(E) 錯:cos(−25π​−θ)=cos(25π​+θ)=cos(2π​+θ)=−sinθ=−54​。
P 的 y 坐標是正的、x 坐標是負的,θ 是第二象限角。(E) 先用 cos(−A)=cosA,再去掉一個週期 2π。

05填充第 1~4 題(第 11~14 題):正切差角、疊合求最小值、半角、正弦不等式

第 11 題設 AC=BC=3,則 CE=1、CD=2。直角三角形 ACD、ACE 中,tan∠CAD=32​、tan∠CAE=31​。θ=∠CAD−∠CAE,由正切的差角公式:tanθ=1+32​×31​32​−31​​=911​31​​=113​。
長度設成 3 只是為了方便,設成任何正數結果都一樣,因為正切只跟邊長的比有關。
第 12 題疊合:3sinx+3​cosx=23​(23​​sinx+21​cosx)=23​sin(x+6π​),所以 y=23​sin(x+6π​)+2。0≤x≤2π​ 時 6π​≤x+6π​≤32π​,這段範圍內正弦的最小值是 sin6π​=21​(另一端 sin32π​=23​​ 比較大)。(1) 最小值 m=23​×21​+2=2+3​。(2) 此時 x+6π​=6π​,x=0。
範圍有限制時,最小值不是 −23​+2;要先把角的範圍換過去,再比較兩個端點。直接代 x=0 檢查:y=0+3​+2。
第 13 題θ 是第四象限角,cosθ>0,cosθ=1−259​​=54​。135∘<2θ​<180∘,2θ​ 是第二象限角,餘弦為負。由半角公式:cos2θ​=−21+cosθ​​=−109​​=−10​3​=−10310​​。
半角公式的正負號要看 2θ​ 落在哪個象限,不是看 θ。
第 14 題在 0≤x≤2π 內,sinx=−21​ 的解是 x=67π​ 與 x=611π​。y=sinx 的圖形在這兩個角之間位於直線 y=−21​ 的下方(最低到 x=23π​ 時的 −1),其餘部分在直線上或上方,所以解為 67π​<x<611π​。
不等式是嚴格小於,兩個端點不含。

06填充第 5~8 題(第 15~18 題):化成正切、弓形面積、圖形交點、方格中的角

第 15 題展開:sin(α+β)cos(α−β)​=sinαcosβ+cosαsinβcosαcosβ+sinαsinβ​。tanα、tanβ 都有定義,所以 cosαcosβ=0,分子分母同除以 cosαcosβ:原式 =tanα+tanβ1+tanαtanβ​=35​1−31​​=32​×53​=52​。
第 16 題(1) 正三角形面積是 43​​×42=43​。把圓心 O 與三頂點相連,分成三個底為 4、高為內切圓半徑 r 的三角形:3×21​×4×r=43​,得 r=323​​,即 OD=323​​。(2) OD⊥AB、OE⊥AC,四邊形 ADOE 中 ∠A=3π​,所以 ∠DOE=2π−2π​−2π​−3π​=32π​。鋪色部分是弦 DE 上方的弓形,面積=扇形 ODE 減 △ODE =21​r2×32π​−21​r2sin32π​=21​×34​×32π​−21​×34​×23​​=94π​−33​​。
r2=912​=34​。扇形面積公式 21​r2θ 的 θ 要用弧度。
第 17 題解的個數就是 y=sinx 與直線 y=3πx​ 的交點個數。x=0 是一個解。兩個函數都是奇函數,圖形都對稱於原點,所以負的解與正的解一樣多,只要數 x>0 的部分。x>3π 時 3πx​>1,沒有交點。0<x≤π:正弦曲線從原點出發時比直線陡,先在直線上方,到 x=π 時 sinπ=0<31​ 已在直線下方,中間交 1 次。π<x<2π:sinx<0,直線為正,沒有交點。2π≤x≤3π:x=2π 時 0<32​,曲線在下方;x=25π​ 時 1>65​,曲線在上方;x=3π 時 0<1,曲線又在下方,所以交 2 次。正的解共 3 個,負的解也 3 個,連同 x=0 共 7 個。
直線在 x=3π 時高度剛好是 1,而正弦在 2π 到 3π 之間的最高點在 x=25π​,那裡直線只有 65​,所以這一拱與直線有兩個交點。別忘了 x=0。
第 18 題以方格的邊長為單位:B 在 C 正上方 3 格,A 在 B 右邊 1 格,所以直角三角形 ABC 中 tanα=BCAB​=31​。D 在 C 左邊 2 格,E 在 D 正下方 1 格,所以直角三角形 CDE 中 tanβ=CDDE​=21​。tan(α+β)=1−31​×21​31​+21​​=65​65​​=1,α、β 都是銳角且正切都小於 1,所以 α+β=45∘。從 CA 轉到 CB 是 α,CB 到 CD 是直角,CD 到 CE 是 β,所以 ∠ACE=α+90∘+β=135∘。
寫成弧度是 43π​。α、β 各自都不是特別角,但加起來剛好是 45∘。
看到 asinx+bcosx 先疊合成單一正弦;x 有範圍限制時,把角的範圍一起換過去再找極值。半角公式的正負號看半角所在的象限。

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多選第 2 題(本頁第 8 題)與填充第 2 題(第 12 題)都是疊合後在限制範圍內求極值,最小值出現在範圍的端點而不是負的振幅;單選第 3 題要把五個值都換成同一個函數再比角度;填充第 7 題(第 17 題)數交點時要注意直線在三倍圓周率處剛好到達高度一,以及原點這個解;填充第 3 題(第 13 題)半角的正負號要看半角落在哪個象限。詳解逐題寫在本頁。

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