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 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 17 題,照原卷順序

單選題 3 題(15 分)、多選題 3 題(24 分,每題 8 分,計分 8−5−2−0)、填充題 8 題(48 分,第 7~10 題每題 8 分、第 11~14 題每題 4 分)、混合題 1 題組 3 小題(卷面標示占 13 分,三個小題題末各標 4 分)。

第壹部分:選擇(填)題(占 87 分) 一、單選題(占 15 分)說明:第 1 題至第 3 題,每題 5 分。
1
將函數 y=f(x)=2cosx 的圖形左移 3π​ 後所得的圖形為 y=g(x),則函數 y=f(x)+g(x) 的最小值為下列何者?
  1. (1) −1
  2. (2) −2
  3. (3) −22​
  4. (4) −23​
  5. (5) −4
2
滿足 0≤x≤3π 且 cosx≤23​​ 的整數 x 共有幾個?
  1. (1) 6
  2. (2) 7
  3. (3) 8
  4. (4) 9
  5. (5) 10
3
如圖,有一個作等速率圓周運動的大風車,其半徑為 10 公尺,逆時針方向旋轉一圈需時 30 分鐘,最低點離地面 2 公尺。令風車翼片的一個端點 P 從離地面最近的點開始旋轉,若 P 點從離地面最近的距離 h(公尺)與時間 t(分)之間的函數關係式 h(t)=asin(bt+c)+d,其中 a>0,b>0,−π<c<π。則 h(t) 應為下列一個選項?
  1. (1) 10sin(30t)+2
  2. (2) 10sin(30t−2π​)+12
  3. (3) 10sin(15π​t+2π​)+12
  4. (4) 10sin(15π​t)+12
  5. (5) 10sin(15π​t−2π​)+12
載入中...
二、多選題(占 24 分)說明:第 4 題至第 6 題,每題 8 分。(8−5−2−0)
4
下列選項中的式子,哪些的值大於 41​?
  1. (1) 21​−cos2110∘
  2. (2) 8cos3110∘−6cos110∘−1
  3. (3) 21+cos350∘​​
  4. (4) sin80∘cos80∘
  5. (5) sin40∘cos50∘−sin310∘sin230∘
5
有關函數 y=f(x)=2sin2x−3cos2x+5 之圖形,下列敘述何者正確?
  1. (1) 週期 =π
  2. (2) 振幅 =5
  3. (3) 與 x 軸之交點有無限多個
  4. (4) y=f(x) 的圖形對稱於點 (2θ​, 5),其中 sinθ=13​3​,cosθ=13​2​
  5. (5) y=f(x) 的圖形對稱於直線 x=43π​+2θ​,其中 sinθ=13​3​,cosθ=13​2​
6
坐標平面上,若函數 y=f(x)=asin(bx−c)+d 的部分圖形如圖,其中 a、b、c、d 均為正數,且 0<c<π。下列敘述何者正確?
  1. (1) a、b、d 皆為偶數
  2. (2) c=6π​
  3. (3) y=f(x) 的圖形通過 (0, 1)
  4. (4) 在區間 [0, π) 中滿足方程式 f(x)=23​ 的所有實數 x 之和為 65π​
  5. (5) y=f(x) 的圖形可由 y=2cos2x 的圖形經適當(上下、左右)平移得到
載入中...
三、填充題(占 48 分)說明:第 7 題至第 10 題,每題 8 分;第 11 題至第 14 題,每題 4 分。
7
已知圖為函數 y=sin(x+h) 一個週期的圖形,其中 0<h<2π,求 h= ____ π。
載入中...
8
在 △ABC 中,AB=9,AC=5,∠ACB=2θ,∠ABC=θ,求 cos2θ​ 的值 = ____。(化為最簡根式)
9
圖為 y=sin3x 與 y=sin(x+6π​) 的部分圖形,則 y=sin3x 與 y=sin(x+6π​) 的圖形在 0≤x≤23π​ 的範圍中有 ____ 交點。
載入中...
10
設 x≥0,方程式 3sinx−3​cosx=6​ 的解從小到大依序為 x=θ1​,θ2​,θ3​,θ4​,⋯,則 θ4​= ____ π。
11
將 y=cosx 的圖形先以 y 軸為基準線,水平伸縮為原來的 25​ 倍,再往左平移 21​ 單位,之後再往上平移 65​ 單位,最後再以 x 軸為基準線,鉛直伸縮為原來的 23​ 倍可得新圖形 y=acos(bx+c)+d,其中 a>0,b>0,0<c<1,則數對 (b, c, d)= ____。
12
已知 −6π​≤x≤65π​,若 f(x)=cos2x−sinx 的最大值為 M,最小值為 m,則 M+m= ____。
13
坐標平面上,已知圓 C 的圓心落在直線 L:x−3y−6=0,且過直線 L 上、圓 C 外一點 P 可作出兩條切線 L1​ 與 L2​,已知切線 L1​ 的斜率為 3,則切線 L2​ 的斜率為 ____。
14
已知 △ABC 三邊的長為 AB=5,BC=6,AC=7。若 P 點與 Q 點分別在 BC 與 AC 上,則 AP+PQ​ 的最小值為 ____。(化為最簡根式)
第貳部分:混合題(占 13 分)說明:本部分共有 1 題組,每一子題配分標於題末。限在標示題號作答區內作答。選擇題與「非選擇題作圖部分」使用 2B 鉛筆作答,更正時,應以橡皮擦擦拭,切勿使用修正液(帶)。非選擇題由左而右橫式書寫,作答時必須寫出計算過程或理由,否則將酌予扣分。
15–17 題組(第 15~17 題) 已知圓 O 的半徑是 10,圓上任取三點 A、B、C,如圖所示,且 ∠BAC=3π​。試回答下列問題。
15
在陰影區域中的扇形 OBC 面積 = ____。(填充題,4 分)
載入中...
16
若 ∠AOB=θ 且 6π​<θ<π,則 △AOB 面積 +△AOC 面積為何?(以 asin(θ+b) 表示,其中 a>0,−π<b<π)(非選擇題,4 分)
17
陰影區域的最大面積是多少?又此時 θ 是多少弳?(非選擇題,4 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(4)
第 2 題(3)
第 3 題(5)
第 4 題(1)(2)(3)
第 5 題(1)(4)(5)
第 6 題(1)(4)
第 7 題57​π
第 8 題1095​​
第 9 題5
第 10 題1235​π
第 11 題(52​, 51​, 45​)
第 12 題−87​
第 13 題−139​
第 14 題7206​​
第 15 題3100π​
第 16 題503​sin(θ−6π​)
第 17 題最大面積 503​+3100π​,此時 θ=32π​
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 1~3:疊合求最小值、餘弦不等式、風車的高度函數

第 1 題答案 (4)。左移 3π​ 是把 x 換成 x+3π​:g(x)=2cos(x+3π​)=2(21​cosx−23​​sinx)=cosx−3​sinx。所以 f(x)+g(x)=3cosx−3​sinx,疊合後振幅為 32+(3​)2​=23​,即 f(x)+g(x)=23​cos(x+6π​),最小值為 −23​。
兩個振幅 2 的函數相加,最小值不是 −4:兩者不會同時到最低點。
第 2 題答案 (3)。3π≈9.42,整數 x 可取 0,1,2,⋯,9 共 10 個。cosx>23​​ 發生在 x 與 2kπ 的距離小於 6π​≈0.52 的地方:在 0≤x≤3π 內是 0≤x<0.52 與 5.76<x<6.81(2π≈6.28)。落在裡面的整數是 0 和 6,其餘 8 個整數都滿足 cosx≤23​​。
x 是弧度;x=6 很接近 2π,cos6≈0.96,要扣掉。
第 3 題答案 (5)。半徑 10,所以振幅 a=10;輪心離地 2+10=12 公尺,所以 d=12;轉一圈 30 分鐘,週期 b2π​=30,b=15π​。t=0 時 P 在最低點,h(0)=2,即 sinc=−1,在 −π<c<π 內 c=−2π​。故 h(t)=10sin(15π​t−2π​)+12。
選項 (3) 的 c=2π​ 是從最高點出發,選項 (4) 是從與輪心等高的位置出發。

02多選 4~6:倍半角求值、疊合後的圖形、由圖形求函數式

第 4 題答案 (1)(2)(3)。(1) 21​−cos2110∘=−21​(2cos2110∘−1)=−21​cos220∘=21​cos40∘,而 cos40∘>cos60∘=21​,所以大於 41​。(2) 由三倍角公式 cos3α=4cos3α−3cosα,原式 =2cos330∘−1=3​−1≈0.73,大於 41​。(3) 由半角公式,原式 =∣cos175∘∣=cos5∘,接近 1,大於 41​。(4) 原式 =21​sin160∘=21​sin20∘<21​sin30∘=41​,不合。(5) cos50∘=sin40∘,sin310∘=sin230∘=−sin50∘,原式 =sin240∘−sin250∘=sin240∘−cos240∘=−cos80∘<0,不合。
(4) 不用查表:sin20∘ 與 sin30∘=21​ 比就夠了。
第 5 題答案 (1)(4)(5)。疊合:2sin2x−3cos2x=13​(13​2​sin2x−13​3​cos2x)=13​sin(2x−θ),其中 cosθ=13​2​、sinθ=13​3​,所以 f(x)=13​sin(2x−θ)+5。(1) 對:週期 22π​=π。(2) 錯:振幅是 13​。(3) 錯:最小值 5−13​>0,圖形都在 x 軸上方,沒有交點。(4) 對:對稱中心是圖形與中線 y=5 的交點,sin(2x−θ)=0 得 x=2θ​+2kπ​,取 k=0 即 (2θ​,5)。(5) 對:對稱軸通過最高點或最低點,2x−θ=2π​+kπ 得 x=4π​+2θ​+2kπ​,取 k=1 即 x=43π​+2θ​。
振幅看的是疊合後的 22+32​,不是常數項 5;5 是中線的位置。
第 6 題答案 (1)(4)。最高 4、最低 0,所以 a=24−0​=2,d=24+0​=2。圖形從 (6π​,2)(中線上,往上走)經最高點、最低點再回到 (67π​,2),恰為一個週期,週期 π,b=2。在 x=6π​ 處位於中線且上升,所以 2⋅6π​−c=2kπ,配合 0<c<π 得 c=3π​。故 f(x)=2sin(2x−3π​)+2。(1) 對:a=b=d=2。(2) 錯:c=3π​。(3) 錯:f(0)=2sin(−3π​)+2=2−3​。(4) 對:f(x)=23​ 即 sinu=−41​,其中 u=2x−3π​,x∈[0,π) 時 u∈[−3π​,35π​),恰為一個週期的長度。因為 −21​<−41​<0,一個解 u1​ 在 −6π​ 與 0 之間,另一個解 u2​=π−u1​,兩者都在範圍內,u1​+u2​=π。於是 2(x1​+x2​)−32π​=π,x1​+x2​=65π​。(5) 錯:2cos2x=1+cos2x 的振幅是 1,平移不會改變振幅,得不到振幅 2 的圖形。
(4) 不必解出 x:sinu 相等的兩個解對稱於 u=2π​,直接用「和為 π」。

03填充 7~10:平移量、半角求值、交點個數、疊合解方程式

第 7 題圖形在 x=53π​ 處的值為 0 且接著上升,對應 sin 的角度為 2kπ:53π​+h=2kπ。配合 0<h<2π,取 k=1,h=2π−53π​=57π​。
若寫成 53π​+h=π 得 h=52π​,那是「值為 0 且接著下降」的位置,與圖不合。
第 8 題由正弦定理 sinCAB​=sinBAC​:sin2θ9​=sinθ5​。sin2θ=2sinθcosθ,約去 sinθ 得 9=10cosθ,cosθ=109​。θ 是三角形的內角,2θ​ 為銳角,由半角公式 cos2θ​=21+cosθ​​=2019​​=1095​​。
第 9 題交點的 x 坐標滿足 sin3x=sin(x+6π​),兩角相等或互補(差 2kπ)。①3x=x+6π​+2kπ,x=12π​+kπ,在 0≤x≤23π​ 內有 12π​、1213π​。②3x=π−(x+6π​)+2kπ,x=245π​+2kπ​,範圍內有 245π​、2417π​、2429π​(下一個 2441π​>23π​)。五個值都不相同,共 5 個交點。
附圖沒有標坐標軸,直接數圖上的交點會數到範圍外的,要用方程式算。
第 10 題疊合:3sinx−3​cosx=23​(23​​sinx−21​cosx)=23​sin(x−6π​)。方程式化為 sin(x−6π​)=23​6​​=22​​。x≥0 時 x−6π​≥−6π​,由小到大 x−6π​=4π​, 43π​, 49π​, 411π​,⋯。第四個解 θ4​=411π​+6π​=1235π​。

04填充 11~14:伸縮平移、二次函數求極值、切線斜率、最短路徑

第 11 題依序做:水平伸縮為 25​ 倍,把 x 換成 52​x,得 y=cos52​x;往左平移 21​,把 x 換成 x+21​,得 y=cos(52​x+51​);往上平移 65​,得 y=cos(52​x+51​)+65​;鉛直伸縮為 23​ 倍,整個式子乘以 23​,得 y=23​cos(52​x+51​)+45​。所以 (b,c,d)=(52​,51​,45​)。
先伸縮再平移,c=52​×21​=51​ 而不是 21​;先上移再鉛直伸縮,65​ 也要乘 23​。
第 12 題cos2x=1−2sin2x,令 s=sinx,f=−2s2−s+1=−2(s+41​)2+89​。−6π​≤x≤65π​ 時 s 的範圍是 −21​≤s≤1。s=−41​ 在範圍內,最大值 M=89​;離 −41​ 最遠的端點是 s=1,最小值 m=−2−1+1=−2。M+m=−87​。
x 的範圍跨過 2π​,所以 sinx 的最大值是 1,不是端點 65π​ 的 21​。
第 13 題P 與圓心都在 L 上,而兩條切線對稱於「P 與圓心的連線」,所以 L1​、L2​ 對稱於 L。設 L、L1​、L2​ 的斜角分別為 α、β、γ,則 tanα=31​、tanβ=3,且對稱表示 γ−α=α−β,即 γ=2α−β。tan2α=1−91​2⋅31​​=43​,所以 L2​ 的斜率 tanγ=tan(2α−β)=1+43​⋅343​−3​=413​−49​​=−139​。
流傳版本的題幹只寫「過圓 C 外一點 P」,沒有說 P 的位置,這樣 L2​ 的斜率無法確定;依答案格的形式(分子、分母各兩格),應為 P 在直線 L 上,本頁題幹已補上這個條件。流傳版本的參考答案此題空白。
第 14 題作 A 對直線 BC 的對稱點 A′,則 AP=A′P,AP+PQ​=A′P+PQ​≥A′Q​,而 A′Q​ 最小是 A′ 到直線 AC 的距離。由餘弦定理 cosC=2⋅6⋅762+72−52​=75​,sinC=726​​。A 到 BC 的高為 7sinC=26​,所以 AA′=46​。AA′⊥BC,故 ∠A′AC=90∘−C,A′ 到直線 AC 的距離 =AA′sin(90∘−C)=46​⋅75​=7206​​。
要確認取得到:垂足 Q 滿足 AQ​=46​sinC=748​<7,在 AC 上;A′Q​ 與 BC 的交點 P 離 B 為 5.8,也在 BC 上。
圖形變換一律「對 x 做代換」逐步寫;極值題先看變數的範圍再配方。

05混合題 15~17:扇形面積、面積和的疊合與最大值

第 15 題圓心角是同弧所對圓周角的兩倍,∠BOC=2∠BAC=32π​。扇形 OBC 面積 =21​r2θ=21​⋅102⋅32π​=3100π​。
第 16 題A 在優弧 BC 上,∠AOB+∠AOC=2π−32π​=34π​,所以 ∠AOC=34π​−θ。面積和 =21​⋅10⋅10sinθ+21​⋅10⋅10sin(34π​−θ)=50[sinθ−23​​cosθ+21​sinθ]=50(23​sinθ−23​​cosθ)。疊合:=503​(23​​sinθ−21​cosθ)=503​sin(θ−6π​),即 a=503​、b=−6π​。
這個式子用到 ∠AOC=34π​−θ 是三角形的內角(小於 π),也就是 θ>3π​,如附圖的情形;題幹的範圍寫到 6π​,若 6π​<θ<3π​,面積和會是 50sin(θ+3π​),但不影響第 17 題的最大值。
第 17 題陰影區域 =△AOB+△AOC+ 扇形 OBC,面積為 503​sin(θ−6π​)+3100π​。6π​<θ<π 時 0<θ−6π​<65π​,當 θ−6π​=2π​,即 θ=32π​ 時 sin 值為 1,最大面積為 503​+3100π​。此時 ∠AOB=∠AOC=32π​,△ABC 是正三角形。
流傳版本的參考答案寫最大面積 503​,那是兩個三角形面積和的最大值;陰影區域還包含第 15 題的扇形 OBC,所以要再加 3100π​。θ=32π​ 兩邊一致。
面積用 21​absinC 寫成 θ 的式子,再疊合成單一個 sin,最大值與發生的角度一次看出來。

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武陵高中 114 上 高二第一次段考數學哪幾題最容易錯?

第 2 題 x 是弧度,要扣掉 0 和 6 兩個整數;第 6 題選項 (4) 要用兩個解對稱的性質求和;第 11 題先伸縮再平移,平移量也要跟著乘;第 14 題要作對稱點把折線拉直。詳解逐題寫在本頁。

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