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、廣義角的三角函數值、正弦函數的圖形與伸縮平移)

武陵高中 111 上
高二第二次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 28 題,照原卷順序

是非題 10 題(每題 2 分,共 20 分);多重選擇題 1 題(8 分);填充題 9 格(每格 6 分,共 54 分,即本頁第 12~20 題);計算作圖題 2 題共 8 小題(共 18 分,即本頁第 21~28 題);合計 100 分。答案已與學校公布的答案逐題核對。

一、是非題:(每題 2 分,共 20 分)
1
已知 θ=4 弳,則 θ 為第四象限角
2
23​​<sin1<1
3
y=sinx 的圖形對稱於 y 軸
4
π=180∘
5
cosπ∘>cosπ
6
y=sin(x−4π​) 的圖形為 y=sinx 的圖形向右平移 4π​ 單位
7
y=sinx−π 的圖形和 x 軸有交點
8
將 y=sinx 的圖形水平伸縮 2 倍,再鉛直伸縮 3 倍後可得到 y=3sin2x
9
函數 y=3sinx 的週期為 32π​
10
將函數 y=sinx 的圖形向右平移 2π​ 單位所得的圖形跟 y=sin(23π​−x) 一樣
二、多重選擇題:(每題 8 分,錯一個選項得 5 分,錯兩個選項得 2 分)
11
下圖為函數 y=f(x)=asin(bx−c)+d 在一個週期內的圖形,其中 a、b、c、d 皆為實數且 a>0、b>0、0<c<2π,試選出正確的選項。
  1. (A) a=4
  2. (B) b=2
  3. (C) c=π
  4. (D) d=−2
  5. (E) f(x) 會經過原點
載入中...
三、填充題:(每格 6 分,共 54 分)
填充第 1 題(第 12~13 題) 已知某扇形的半徑為 10,圓心角為 3π​,
12
(1) 求此扇形的弧長為 ____。
13
(2) 求扇形的面積為 ____。
14
已知某扇形的周長等於它所在圓的周長的一半,那麼這個扇形的圓心角為 ____ 弳。
15
sinπ+cos67π​+tan35π​= ____。
16
時鐘從 5 點 30 分過了 40 分鐘到 6 點 10 分,這 40 分鐘內,分針經過的角度為 ____ 弳。
17
下圖為 y=sinbx 一個週期的圖形,則 b= ____。
載入中...
18
如下圖,弧 BC 的圓心在 A 點,AB=AC=2,又弧 BE 的圓心在 D 點,BD=DE=3​ 且 BD⊥AC,則斜線區域的面積為 ____。
載入中...
19
電流強度 I(安培)隨時間 t(秒)變化的函數 I(t)=asin(bt+c) 如圖所示,其中 a>0、b>0,0≤c<π,則序組 (a,b,c)= ____。
載入中...
20
設函數 f(x)=asin(bx−c)+d(其中 a>0,b>0,2π​<c<π),若 f(x) 的最大值為 4,最小值為 0,週期為 2π​ 且直線 x=127π​ 為 f(x) 圖形的對稱軸,試求序組 (a,b,c,d)= ____。(此題寫對兩個數字可得一半分數)
四、計算作圖題:(共 18 分)
計算作圖題第 1 題(第 21~25 題) 數學老師在上數學課時教學生探討方程式 x=2π⋅∣sin2x∣ 有幾個根,而此時學生樹逼有了以下大膽的想法,請幫他完成: (本站補註:左圖、右圖是答案卷上並排的兩張空白坐標方格,橫軸標有 O 與 2π​,縱軸標有 1。)
21
(1) 樹逼在左圖中先畫出 y=sinx 的圖形(2%),再畫出 y=sin2x 的圖形(3%)。(請標示清楚)
22
(2) 接下來利用 (1) 在右圖中畫出 y=∣sin2x∣ 的圖形(2%)
23
(3) 樹逼知道 y=2πx​ 為一直線,請在右圖中畫出此直線,並至少標出直線上兩個點的坐標。(2%)
24
(4) 承 (3),試幫樹逼判斷此直線 y=2πx​ 與 y=∣sin2x∣ 的圖形有幾個交點?(1%)
25
(5) 回到老師上課的問題,如果你是樹逼,請簡單說明方程式 x=2π⋅∣sin2x∣ 會有幾個實根?(1%)
計算作圖題第 2 題(第 26~28 題) 已知 y=4cos2x+4sinx+3,且 −6π​≤x≤32π​,試完成下列各題:
26
(1) 令 t=sinx,將 y 改寫為 t 的二次式。(1%)
27
(2) 承上題,試寫出 t 的範圍。(2%)
28
(3) 試求出 y 的範圍。(4%)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

是非題:○=正確、×=錯誤(照原卷作答規定)

1×
2×
3×
4○
5○
6○
7×
8×
9×
10○
第 11 題(A)(D)
第 12 題310π​
第 13 題350π​
第 14 題π−2
第 15 題−233​​
第 16 題34π​
第 17 題4
第 18 題12π​+23​​
第 19 題(10, 100π, 6π​)
第 20 題(2, 4, 65π​, 2)
第 21 題作圖見詳解附圖(學校答案寫「略」,本站作圖)
第 22 題作圖見詳解附圖(學校答案寫「略」,本站作圖)
第 23 題過 (0,0) 與 (2π,1) 的直線(學校答案寫「略」,本站作圖)
第 24 題8 個
第 25 題8 個
第 26 題y=−4t2+4t+7
第 27 題−21​≤t≤1
第 28 題4≤y≤8
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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01一、是非題

第 1 題×答 ×。π≈3.14,23π​≈4.71,所以 π<4<23π​,4 弳的終邊在第三象限,不是第四象限。
換成度數:4 弳約 229∘,介於 180∘ 與 270∘ 之間。
第 2 題×答 ×。23​​=sin3π​,而 3π​≈1.047>1。在 0≤x≤2π​ 這一段,y=sinx 的圖形一路往上(遞增),所以 sin1<sin3π​=23​​,左邊的不等式不成立。
1 弳約 57.3∘,比 60∘ 小一點,所以 sin1 約 0.841,比 23​​≈0.866 小。
第 3 題×答 ×。sin(−x)=−sinx:點 (2π​,1) 在圖形上,但 (−2π​,1) 不在(sin(−2π​)=−1)。y=sinx 的圖形對稱於原點,不是對稱於 y 軸。
第 4 題○答 ○。半圓的圓心角是 180∘,所對的弧長是半徑的 π 倍,所以 π 弳 =180∘。角度用弳度量時習慣省略「弳」字,所以寫成 π=180∘。
嚴格的寫法是「π 弳 =180∘」;π 單獨當成實數是 3.14⋯,所以也有老師把這題判 ×。本卷照學校答案 ○。
第 5 題○答 ○。π∘ 是「π 度」,約 3.14∘,是很小的銳角,cosπ∘>0(約 0.9985);cosπ 是 π 弳的餘弦,cosπ=−1。正數大於 −1,所以成立。
第 6 題○答 ○。把 y=sinx 的 x 換成 x−4π​,圖形就向右平移 4π​:原來在 x=0 的點,現在要 x=4π​ 才得到同樣的函數值。
第 7 題×答 ×。和 x 軸有交點就是 sinx−π=0 有解,即 sinx=π。但 −1≤sinx≤1,而 π>1,所以無解;整個圖形都在 y=1−π<0 以下,和 x 軸沒有交點。
第 8 題×答 ×。水平伸縮 2 倍是把 x 換成 2x​,得 y=sin2x​(週期變成 4π);再鉛直伸縮 3 倍得 y=3sin2x​,不是 y=3sin2x。
y=3sin2x 是先水平伸縮 21​ 倍(壓縮一半),週期是 π。
第 9 題×答 ×。鉛直伸縮只改變振幅,不改變週期:對所有 x,3sin(x+2π)=3sinx,而且 2π 是最小的正數,所以 y=3sinx 的週期是 2π。
週期為 32π​ 的是 y=sin3x。
第 10 題○

答 ○。y=sinx 向右平移 2π​ 得 y=sin(x−2π​)。另一方面,由 sin(π−θ)=sinθ,取 θ=23π​−x:

sin(23π​−x)=sin(π−(23π​−x))=sin(x−2π​)

兩個函數對每個 x 都相等,圖形一樣。

兩者也都等於 −cosx:例如 x=0 時都是 −1,x=2π​ 時都是 0。
弳度要先換成 π 的倍數或近似值再判斷;伸縮與平移一律看「x 被換成什麼」。

02二、多重選擇題

第 11 題

由圖讀出:最大值 2、最小值 −6,一個週期從 x=π 到 x=5π;在 x=π 時 f(π)=−2(中線上)且圖形往上走。

振幅 a=22−(−6)​=4,中線 d=22+(−6)​=−2。週期 5π−π=4π=b2π​,所以 b=21​。

x=π 是一個週期的起點(在中線上、往上走),所以 bπ−c=2π​−c 是 2π 的整數倍;又 0<c<2π,得 c=2π​。於是 f(x)=4sin(2x​−2π​)−2。驗算:f(2π)=4sin2π​−2=2 是最大值,f(4π)=4sin23π​−2=−6 是最小值,與圖相符。

(A) 正確。 a=4。

(B) 錯誤。 b=21​,不是 2(b=2 時週期只有 π)。

(C) 錯誤。 c=2π​。若 c=π,則 f(π)=4sin(−2π​)−2=−6,與圖上 f(π)=−2 不合。

(D) 正確。 d=−2。

(E) 錯誤。 f(0)=4sin(−2π​)−2=−6=0,圖形不經過原點。

先由最高、最低讀出振幅與中線,由一個週期的長度求 b,再用週期起點(中線上往上走)定 c。

03三、填充題(第 1~4 題)

第 12 題弧長 =rθ=10×3π​=310π​。
第 13 題扇形面積 =21​r2θ=21​×100×3π​=350π​。
也可以用 21​× 半徑 × 弧長 =21​×10×310π​。
第 14 題

設半徑 r、圓心角 θ 弳。扇形周長 = 兩條半徑 + 弧長 =2r+rθ;它所在圓的周長的一半是 πr。

由 2r+rθ=πr,兩邊除以 r 得 θ=π−2。

π−2≈1.14 弳,約 65∘。
第 15 題

sinπ=0;67π​ 在第三象限、參考角 6π​,cos67π​=−23​​;35π​ 在第四象限、參考角 3π​,tan35π​=−3​。

相加:0−23​​−3​=−233​​。

第 16 題分針 60 分鐘轉一圈(2π),40 分鐘轉 6040​=32​ 圈,轉過的角度大小是 32​×2π=34π​ 弳。
若題目問的是有向角(逆時針為正),分針順時針轉,才寫 −34π​;本題問經過的角度,取大小。
弧長 rθ、面積 ½r²θ 都要用弳度;時鐘指針順時針轉,有向角是負的。

04三、填充題(第 5~8 題)

第 17 題圖上從原點往上開始、到 x=2π​ 正好走完一個週期,所以週期 =2π​。y=sinbx(b>0)的週期是 b2π​,由 b2π​=2π​ 得 b=4。
圖形從原點出發是往上走,所以 b 取正的;若 b=−4,圖形從原點出發會先往下。
第 18 題

以 D 為準:BD⊥AC,在直角三角形 ABD 中 AD=22−(3​)2​=1,所以 cos∠BAD=21​,∠BAC=3π​;又 ∠BDE=2π​。

斜線區域 =(以 D 為圓心的四分之一圓 DBE)−(由 DB、弧 BC、CD 圍成的區域)。

後者 = 扇形 ABC − △ABD =21​×22×3π​−21​×1×3​=32π​−23​​。

四分之一圓 DBE 的面積 =41​×π×(3​)2=43π​。

所以斜線區域 =43π​−32π​+23​​=12π​+23​​。

12π​+23​​≈1.128。
第 19 題

由圖:最大值 10、最小值 −10,所以 a=10。最高點在 t=3001​,右邊相鄰的最低點在 t=3004​,相差半個週期:週期 =2×3003​=501​,由 b2π​=501​ 得 b=100π。

最高點 t=3001​ 時 bt+c=2π​+2kπ:3π​+c=2π​+2kπ,c=6π​+2kπ;又 0≤c<π,得 c=6π​。

驗算:I(0)=10sin6π​=5,與圖上縱軸的交點 5 相符。所以 (a,b,c)=(10,100π,6π​)。

第 20 題

最大值 4、最小值 0:a=24−0​=2,d=24+0​=2。週期 b2π​=2π​,b=4。

正弦圖形的對稱軸通過最高點或最低點,所以 x=127π​ 時 bx−c=2π​+kπ(k 為整數):

4×127π​−c=2π​+kπ ⇒ c=611π​−kπ

在 2π​<c<π 的範圍內,只有 k=1 合:c=65π​。所以 (a,b,c,d)=(2,4,65π​,2)。

驗算:f(127π​)=2sin(37π​−65π​)+2=2sin23π​+2=0,正好是最小值,所以 x=127π​ 確實是對稱軸。
由圖或條件決定正弦函數:最大最小給 a 與 d,週期給 b,最後用一個特殊點(最高點、對稱軸)定 c,並檢查 c 的範圍。

05四、計算作圖題第 1 題

第 21 題

y=sinx 的週期是 2π,在 0≤x≤2π 經過 (0,0)、(2π​,1)、(π,0)、(23π​,−1)、(2π,0)。

y=sin2x 是把 y=sinx 水平壓縮一半,週期 π:經過 (0,0)、(4π​,1)、(2π​,0)、(43π​,−1)、(π,0),在 π≤x≤2π 再重複一次。兩條曲線要標出各自的函數式(下圖實線為 y=sinx,虛線為 y=sin2x)。

載入中...
第 22 題∣sin2x∣:sin2x≥0 的部分不動,sin2x<0 的部分(2π​<x<π、23π​<x<2π 等)以 x 軸為鏡子翻到上方。得到一個個高度 1 的拱形,每個拱形寬 2π​,所以週期是 2π​。
載入中...
第 23 題y=2πx​ 是過原點、斜率 2π1​ 的直線。x=0 時 y=0;x=2π 時 y=1。標出 (0,0) 與 (2π,1) 兩點連成直線即可(也可以標 (π,21​))。直線畫在第 24 題詳解附圖中。
第 24 題

0≤∣sin2x∣≤1,所以交點只可能出現在 0≤2πx​≤1,也就是 0≤x≤2π 這一段。這一段裡 y=∣sin2x∣ 有四個拱形,逐一看:

第一個拱形 0≤x≤2π​:原點是一個交點;拱頂 (4π​,1) 高於直線(直線在該處只有 81​),到 x=2π​ 拱形落回 0,低於直線的 41​,中間再交一次,共 2 個。

第二、三、四個拱形:兩端拱形高度都是 0,低於直線(直線在 x=2π​,π,23π​,2π 分別是 41​,21​,43​,1);拱頂 x=43π​,45π​,47π​ 高度都是 1,高於直線(83​,85​,87​)。所以直線從拱形的左右兩邊各穿過一次,每個拱形 2 個交點。

合計 2+2+2+2=8 個交點。

載入中...
x=2π 時拱形高度是 0,直線是 1,那裡不是交點;x<0 時直線在 x 軸下方,x>2π 時直線高於 1,都不會再有交點。
第 25 題x=2π∣sin2x∣ 兩邊除以 2π,等價於 ∣sin2x∣=2πx​。方程式的每一個實根 x,正好對應 y=∣sin2x∣ 與直線 y=2πx​ 的一個交點的 x 坐標;由第 24 題,交點有 8 個,所以方程式有 8 個實根(其中一個是 x=0)。
方程式不能直接解時,把兩邊各畫成一個圖形,數交點個數就是實根個數。

06四、計算作圖題第 2 題

第 26 題

由平方關係 cos2x=1−sin2x=1−t2:

y=4(1−t2)+4t+3=−4t2+4t+7

第 27 題在 −6π​≤x≤32π​ 這一段,sinx 從 sin(−6π​)=−21​ 一路增加到 sin2π​=1,再減少到 sin32π​=23​​。最小是 −21​,最大是 1,所以 −21​≤t≤1。
不能只代兩個端點:x=2π​ 在範圍內,t 可以到 1。
第 28 題

配方:y=−4t2+4t+7=−4(t−21​)2+8,是開口向下的拋物線,頂點 t=21​ 在 −21​≤t≤1 之內。

最大值:t=21​ 時 y=8(例如 x=6π​)。最小值出現在離頂點較遠的端點 t=−21​:y=−4×1+8=4(x=−6π​);另一端 t=1 時 y=−4×41​+8=7。

所以 4≤y≤8。

把三角函數換成同一個 t,先求出 t 的範圍,再看二次函數在這個區間上的極值。

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