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、和差角與倍半角公式、正餘弦的疊合)

武陵高中 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 17 題,照原卷順序

多重選擇題 1 題(10 分;錯一個選項得 6 分,錯兩個得 2 分,錯三個以上或未作答得 0 分)、填充題 I 共 8 題 9 格(每格 7 分,共 63 分)、填充題 II 共 3 題(每格 3 分,共 9 分)、混合題 2 題 5 小題(共 18 分:第 1 題三小題 4+3+3 分,第 2 題兩小題 4+4 分)。答案已與學校公布的答案逐題核對

一、多重選擇題:共 10 分(錯一個選項得 6 分,兩個得 2 分,三個以上或未作答得 0 分)(原卷第 1 題,本頁第 1 題)
1
下列哪些選項中的數值為正實數?
  1. (A) sin2
  2. (B) cos3
  3. (C) tan4
  4. (D) sin5+cos5
  5. (E) 1+tan6
二、填充題 I:每格 7 分,共 63 分(原卷第 1~8 題,本頁接續編為第 2~9 題;原卷第 6 題即本頁第 7 題,有兩格)
2
如圖,AB 為圓的直徑,並作扇形 ACD 使得 BC⌢=BD⌢,若 AB=8 且 ∠CAD=60∘,試問圖中斜線區域的面積為 ____。
載入中...
3
已知直線 L 過點 (−1, −4),且 L 與直線 4x−y=0 有一個夾角為 45∘,則直線 L 方程式為 ____。(請將直線方程式化簡為一般式 ax+by+c=0 的形式)
4
方程式 sin4x−x2+1=0 有 ____ 個實根。
5
化簡 (tan79∘−1)(tan56∘−1)= ____。
6
設 a=tan1,b=tan2,c=tan3,d=tan4,e=tan5,求此五數的大小關係為 ____。
7
設 0∘≤θ<360∘ 且 sinθ+cosθ=51​,試求:(1) sin2θ= ____ (2) sin2θ​= ____。
8
下圖為函數 y=acos(bx−θ)+k 的部分圖形,其中 a、b 均為正數且 0≤θ<2π,試求數列 (a, b, θ, k)= ____。
載入中...
9
設 0≤x<2π,不等式 cosx≤21​ 的解為 ____。
三、填充題 II:每格 3 分,共 9 分(原卷第 1~3 題,本頁接續編為第 10~12 題)
10
如圖,在半徑為 1,圓心角 2π​ 弳的扇形 OAB 中,求其內接矩形的最大面積為 ____。
載入中...
11
如圖,有一個半徑 123​ mm 的圓形硬幣靜止於坡腳處,其邊緣上的 A、B 兩點分別接觸到傾斜 60∘ 的坡面與地平線上的地面,若此硬幣沿著坡面向上直線滾動 383​π mm,試求此時硬幣邊緣上的 A 點距離地平線 L 的垂直高度為 ____ mm。
載入中...
12
設 0∘≤θ≤115∘,若 (3sinθ+4cosθ)cos20∘+(3cosθ−4sinθ)sin20∘ 有最大值為 M,最小值為 m,試求數對 (M, m)= ____。
四、混合題:共 18 分(需寫出清楚計算過程,違者不予計分)(原卷第 1 題的 (1)~(3) 為本頁第 13~15 題,第 2 題的 (1)(2) 為本頁第 16~17 題)
混合題第 1 題(本頁第 13~15 題)(第 13~15 題) 設 x 為任意實數,f(x)=4sin2x+3cos2x−2sinx−4cosx,試問:
13
設 t=sinx+2cosx,則 t 的範圍為何?(4 分)
14
以 t 表示 f(x)。(3 分)
15
試求 f(x) 的最大值與最小值。(3 分)
16
說明如何將 y=sinx 的圖形透過伸縮、平移的方式得到 y=2sin(x+4π​) 的圖形,請描述清楚伸縮、平移的方向及量值。(4 分)
17
利用 y=sinx 的部分圖形描繪 y=2sin(x+4π​) 的部分函數圖形。(4 分)
載入中...
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(A)(C)(E)
第 2 題38π​−43​
第 3 題5x+3y+17=0 或 3x−5y−17=0
第 4 題4
第 5 題2
第 6 題a>d>c>b>e
第 7 題(1) −2524​ (2) 525​​ 或 1010​​
第 8 題(3, 2π​, π, −1)
第 9 題3π​≤x≤35π​
第 10 題2​−1
第 11 題18+123​+57π
第 12 題(5, −22​​)
第 13 題−5​≤t≤5​
第 14 題f(x)=2t2−2t−5
第 15 題最大值 5+25​,最小值 −211​
第 16 題以 x 軸為基準,鉛直伸縮為 2 倍;再向左平移 4π​ 單位(兩個步驟的先後可以對調)
第 17 題如詳解附圖:最高點 (4π​, 2)、最低點 (45π​, −2),與 x 軸交於 x=−4π​, 43π​, 47π​ 等處,週期 2π
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

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01多選 1:用弧度所在的象限判斷正負

第 1 題答案 (A)(C)(E)。先記 2π​≈1.57、π≈3.14、23π​≈4.71、47π​≈5.50、2π≈6.28。(A) 對:2 在 2π​ 與 π 之間,是第二象限角,sin2>0。(B) 錯:3 也是第二象限角,cos3<0。(C) 對:4 在 π 與 23π​ 之間,是第三象限角,tan4>0。(D) 錯:疊合得 sin5+cos5=2​sin(5+4π​),而 5+4π​≈5.79 在 π 與 2π 之間,正弦值為負。(E) 對:6 在 47π​ 與 2π 之間,tan47π​=−1、tan2π=0,正切在這一段遞增,所以 −1<tan6<0,1+tan6>0。
這裡的 2,3,4,5,6 都是弧度,不是度。(D) 的 sin5<0、cos5>0 一負一正,要比大小才知道和的正負,用疊合最快。

02填充 I 第 1~4 題(本頁 2~5):扇形面積、夾角 45° 的直線、實根個數、正切和角

第 2 題扇形 ACD 的圓心是 A,B 在它的弧上,所以扇形半徑 AC=AB=8;弧 BC 與弧 BD 等長,故 AB 平分 ∠CAD,∠BAC=30∘=6π​。設圓心為 O(AB 中點,半徑 4),AC 與圓的另一個交點為 E。斜線區域 = 扇形 ABC −(圓在 ∠BAC 內的部分)。扇形 ABC 面積 =21​⋅82⋅6π​=316π​。圓周角 ∠BAE=30∘,所對圓心角 ∠BOE=60∘=3π​,所以圓在 ∠BAC 內的部分 =△AOE+ 扇形 OBE=21​⋅4⋅4sin120∘+21​⋅42⋅3π​=43​+38π​。斜線面積 =316π​−38π​−43​=38π​−43​。
扇形的半徑是 8(AB 的長),圓的半徑是 4,兩個不要混用。
第 3 題直線 4x−y=0 的斜率為 4。設 L 的斜率為 m,兩直線夾角 45∘,由正切的差角公式 ​1+4mm−4​​=tan45∘=1。m−4=1+4m 得 m=−35​;m−4=−(1+4m) 得 m=53​。(鉛直線與斜率 4 的直線夾角不是 45∘,不必另外考慮。)過 (−1,−4):y+4=−35​(x+1) 即 5x+3y+17=0;y+4=53​(x+1) 即 3x−5y−17=0。
夾角 45∘ 的直線有兩條(兩條互相垂直:−35​×53​=−1),兩個都要寫。
第 4 題改寫成 sin4x=x2−1,數 y=sin4x(週期 2π​)與拋物線 y=x2−1 的交點。−1≤sin4x≤1,所以只需看 x2−1≤1,即 ∣x∣≤2​≈1.41。令 h(x)=sin4x−(x2−1),在幾個容易算的點看正負:h(−2​)=sin(−42​)−1<0;h(−83π​)=1−0.39>0;h(−4π​)=0+0.38>0;h(−8π​)=−1+0.85<0;h(0)=1>0;h(4π​)=0.38>0;h(83π​)=−1−0.39<0。正負號變了 4 次,分別在 (−2​,−83π​)、(−4π​,−8π​)、(−8π​,0)、(4π​,83π​) 各有一個交點。其餘區段沒有交點:−83π​≤x≤−1 時 sin4x≥sin(−4)≈0.76,比 x2−1≤0.39 大;−1<x≤−4π​ 時 sin4x≥0>x2−1;0≤x≤4π​ 時 sin4x≥0>x2−1;83π​<x≤2​ 時 sin4x<0<x2−1。共 4 個實根(約為 −1.34, −0.62, −0.29, 0.85)。
畫圖時把 y=sin4x 的最高點、最低點(x=±8π​,±83π​)與拋物線的高度逐一比較,最容易漏的是 x=−8π​ 附近:拋物線在那裡是 −0.85,比 −1 高,所以左右各交一次。
第 5 題79∘+56∘=135∘,tan135∘=−1。由和角公式 1−tan79∘tan56∘tan79∘+tan56∘​=−1,得 tan79∘+tan56∘=tan79∘tan56∘−1。展開原式:tan79∘tan56∘−(tan79∘+tan56∘)+1=tan79∘tan56∘−tan79∘tan56∘+1+1=2。

03填充 I 第 5~8 題(本頁 6~9):正切比大小、倍角與半角、由圖形求係數、餘弦不等式

第 6 題正切的週期是 π,把五個角都移到 −2π​ 與 2π​ 之間(π≈3.14):tan2=tan(2−π)≈tan(−1.14),tan3=tan(3−π)≈tan(−0.14),tan4=tan(4−π)≈tan0.86,tan5=tan(5−2π)≈tan(−1.28),tan1 不動。正切在 −2π​ 與 2π​ 之間遞增,而 −1.28<−1.14<−0.14<0.86<1,所以 e<b<c<d<a,即 a>d>c>b>e。
不同週期裡的角不能直接比大小,要先移到同一個遞增的區間。
第 7 題(1) 兩邊平方:1+2sinθcosθ=251​,所以 sin2θ=2sinθcosθ=−2524​。(2) sinθ 與 cosθ 的和為 51​、積為 −2512​,是 25u2−5u−12=0 即 (5u−4)(5u+3)=0 的兩根,所以 (sinθ,cosθ)=(54​,−53​) 或 (−53​,54​),在 0∘≤θ<360∘ 內兩種都有對應的角(分別在第二、第四象限)。因為 0∘≤2θ​<180∘,sin2θ​≥0,由半角公式 sin2θ​=21−cosθ​​:cosθ=−53​ 時得 54​​=525​​;cosθ=54​ 時得 101​​=1010​​。
題目沒有限制 θ 的象限,兩種情形都成立,(2) 有兩個答案。學校答案卷寫成 5​2​ 或 10​1​,與本頁有理化後的寫法相同。
第 8 題圖上相鄰的最高點 (2,2) 與最低點 (4,−4):振幅 a=22−(−4)​=3,中線 k=22+(−4)​=−1。最高點到相鄰最低點是半個週期,所以週期 =2×(4−2)=4,b=42π​=2π​。x=2 時在最高點,cos(2π​⋅2−θ)=cos(π−θ)=1,π−θ=2nπ(n 為整數),配合 0≤θ<2π 得 θ=π。故 (a,b,θ,k)=(3,2π​,π,−1)。檢查:x=0 時 y=3cos(−π)−1=−4,圖形在 y 軸上是最低點,與圖相符。
第 9 題在 0≤x<2π 內,cosx=21​ 的解是 x=3π​ 與 x=35π​。由 y=cosx 的圖形,兩個解之間的圖形在直線 y=21​ 的下方,所以解為 3π​≤x≤35π​。
原卷此題印作「設 0≤θ<2π」,範圍的字母與不等式裡的未知數 x 不一致;學校答案卷以 x 作答,本頁題幹寫成 0≤x<2π。
由圖形求係數:振幅與中線看最高、最低點的 y 坐標,週期看相鄰最高點與最低點的 x 坐標差的兩倍,最後代一個點定出平移量。

04填充 II 第 1~3 題(本頁 10~12):內接矩形、滾動的硬幣、疊合求極值

第 10 題如圖,矩形有兩個頂點在弧上、另外兩個頂點各在一條半徑上,圖形對稱於扇形的角平分線。設弧上的一個頂點為 P,OP 與角平分線的夾角為 φ(0<φ<4π​)。P 到角平分線的距離是 sinφ,所以矩形的寬為 2sinφ;弧上那一邊到 O 的距離是 cosφ。半徑與角平分線夾 4π​,半徑上的頂點到角平分線的距離也是 sinφ,所以靠近 O 的那一邊到 O 的距離是 sinφ。矩形的高為 cosφ−sinφ,面積 =2sinφ(cosφ−sinφ)=sin2φ−(1−cos2φ)=sin2φ+cos2φ−1=2​sin(2φ+4π​)−1。當 2φ+4π​=2π​,即 φ=8π​ 時,面積最大,為 2​−1。
本題的矩形是附圖的擺法(兩個頂點在弧上)。若把矩形的兩邊貼在兩條半徑上,那是另一種擺法,不是本題所問。
第 11 題硬幣與地面相切,所以圓心一開始的高度是半徑 123​。滾動時圓心沿著與坡面平行的方向移動 383​π,高度增加 383​π⋅sin60∘=57π。滾動不滑動時,轉過的角等於滾動距離除以半徑:123​383​π​=619π​=2π+67π​,即轉一圈後再順時針轉 210∘。一開始 A 是硬幣與坡面的切點,由圓心看 A 的方向垂直於坡面、指向右下,方向角為 60∘−90∘=−30∘;順時針轉 210∘ 後方向角為 −240∘,與 120∘ 同方向。所以 A 比圓心高 123​sin120∘=18。A 的高度 =123​+57π+18=18+123​+57π(mm)。
三段相加:圓心原來的高度、圓心上升的高度、A 相對於圓心的高度。沿坡面向上滾時硬幣是順時針轉(如圖上的箭頭),方向角要用減的。
第 12 題展開後依 3 與 4 整理:原式 =3(sinθcos20∘+cosθsin20∘)+4(cosθcos20∘−sinθsin20∘)=3sin(θ+20∘)+4cos(θ+20∘)。疊合:=5sin(θ+20∘+α),其中 cosα=53​、sinα=54​,α 為銳角且 45∘<α<60∘(因為 22​​<54​<23​​)。0∘≤θ≤115∘ 時,角 u=θ+20∘+α 從 α+20∘(在 65∘ 與 80∘ 之間)變到 α+135∘(在 180∘ 與 195∘ 之間)。這個範圍包含 90∘,所以 M=5。過了 90∘ 之後正弦遞減到右端點,且右端點的值為負、左端點的值為正,所以最小值在 u=α+135∘:m=5sin(α+135∘)=5(54​⋅(−22​​)+53​⋅22​​)=−22​​。故 (M,m)=(5,−22​​)。
最小值不是 −5:角的範圍到不了 270∘,要代端點 θ=115∘。這時 θ+20∘=135∘,直接算 3sin135∘+4cos135∘=232​​−22​=−22​​ 也可以。

05混合題第 1 題(本頁 13~15):換元成二次函數求極值

第 13 題疊合:t=sinx+2cosx=12+22​sin(x+β)=5​sin(x+β),其中 cosβ=5​1​、sinβ=5​2​。x 為任意實數,sin(x+β) 可取 −1 到 1 之間的所有值,所以 −5​≤t≤5​。
第 14 題t2=sin2x+4sinxcosx+4cos2x。用 sin2x=21−cos2x​、cos2x=21+cos2x​、2sinxcosx=sin2x:t2=21−cos2x​+2sin2x+2(1+cos2x)=2sin2x+23​cos2x+25​。兩邊乘以 2:4sin2x+3cos2x=2t2−5。又 −2sinx−4cosx=−2t,所以 f(x)=2t2−2t−5。
第 15 題f=2t2−2t−5=2(t−21​)2−211​,其中 −5​≤t≤5​。t=21​ 在範圍內,最小值為 −211​。圖形開口向上,最大值在離 t=21​ 較遠的端點 t=−5​:2⋅5+25​−5=5+25​。故最大值 5+25​,最小值 −211​。
另一個端點 t=5​ 的值是 5−25​,比較小,不是最大值。
式子裡同時有 sinx、cosx 的一次式與 sin2x、cos2x 時,令一次式為 t、平方後把二倍角的部分換掉,再注意 t 的範圍。

06混合題第 2 題(本頁 16~17):伸縮、平移與作圖

第 16 題第一步:以 x 軸為基準,把 y=sinx 的圖形鉛直伸縮為原來的 2 倍(每一點的 y 坐標乘以 2),得 y=2sinx。第二步:把圖形向左平移 4π​ 單位(把 x 換成 x+4π​),得 y=2sin(x+4π​)。這兩個步驟一個只動 y 坐標、一個只動 x 坐標,先後對調結果相同。
x+4π​ 是向左移,不是向右;伸縮要說明基準線(x 軸)、方向(鉛直)與倍數(2 倍)。
第 17 題把 y=sinx 上的每一點 (p,q) 移到 (p−4π​, 2q)。方格每格的邊長是 4π​,所以每個點往左一格、高度變兩倍:與 x 軸的交點由 x=−2π,−π,0,π,2π 移到 x=−49π​,−45π​,−4π​,43π​,47π​;最高點由 (2π​,1)、(−23π​,1) 移到 (4π​,2)、(−47π​,2);最低點由 (23π​,−1)、(−2π​,−1) 移到 (45π​,−2)、(−43π​,−2)。圖形與 y 軸交於 (0,2​)。把這些點用平滑曲線連起來,如附圖的實線。
載入中...
y 軸上的刻度是整數 1,2,3,方格的邊長是 4π​≈0.79,兩者不同;最高點的高度 2 要對 y 軸的第二個刻度,不是第二條格線。

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武陵高中 113 上 高二第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 1 題選項 (D) 要用疊合判斷正負,選項 (E) 要知道 tan 6 介於 -1 與 0 之間;第 4 題要把 sin 4x 的每個最高點、最低點與拋物線比高度才數得出 4 個實根;第 7 題沒有限制象限,sin(θ/2) 有兩個答案;第 11 題要把滾動距離換成轉過的角,再加上圓心的高度。詳解逐題寫在本頁。

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