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101學測數學考科-12

在坐標平面上,廣義角 \(\theta\) 的頂點為原點 \(O\),始邊為 \(x\) 軸的正向,且滿足 \(\tan \theta = \frac{2}{3}\)。若 \(\theta\) 的終邊上有一點 \(P\),其 \(y\) 坐標為 \(-4\),則下列哪些選項一定正確?
(1) \(P\) 的 \(x\) 坐標是 6
(2) \(OP = 2\sqrt{13}\)
(3) \(\cos \theta = \frac{3}{\sqrt{13}}\)
(4) \(\sin 2\theta > 0\)
(5) \(\cos \frac{\theta}{2} < 0\)

[多選]
答案

\[
\boxed{\text{已知條件與初步計算}}
\]

\[
\begin{aligned}
& \text{已知點 } P(x, -4) \text{ 在角 } \theta \text{ 的終邊上,且 } \tan\theta = \frac{2}{3} \\
\\
& \text{由定義:} \tan\theta = \frac{y}{x} = \frac{-4}{x} = \frac{2}{3} \\
& \Rightarrow \frac{-4}{x} = \frac{2}{3} \quad \Rightarrow \quad 2x = -12 \quad \Rightarrow \quad x = -6 \\
\\
& \therefore P \text{ 點座標為 } (-6, -4),\theta \text{ 為第三象限角}
\end{aligned}
\]

\[
\boxed{\text{各選項分析與判斷}}
\]

\[
\begin{aligned}
\text{(1) } & \tan\theta = \frac{2}{3} \Rightarrow x = -6 \\
& \text{題目中已直接計算得到,並非「根據定義」立即可得 } x = -6 \\
& \text{實際需經過計算:} \frac{-4}{x} = \frac{2}{3} \Rightarrow x = -6 \\
& \therefore \text{此選項描述不準確} \quad (\times)
\end{aligned}
\]

\[
\begin{aligned}
\text{(2) } & \overline{OP} = \sqrt{x^2 + y^2} = \sqrt{(-6)^2 + (-4)^2} \\
& = \sqrt{36 + 16} = \sqrt{52} = 2\sqrt{13} \\
& \therefore \text{正確} \quad (\bigcirc)
\end{aligned}
\]

\[
\begin{aligned}
\text{(3) } & \cos\theta = \frac{x}{\overline{OP}} = \frac{-6}{2\sqrt{13}} = -\frac{3}{\sqrt{13}} \\
& \text{但選項寫為 } \frac{3}{\sqrt{13}} \text{(缺少負號)} \\
& \therefore \text{錯誤} \quad (\times)
\end{aligned}
\]

\[
\begin{aligned}
\text{(4) } & \sin 2\theta = 2\sin\theta\cos\theta \\
& \text{其中 } \sin\theta = \frac{y}{\overline{OP}} = \frac{-4}{2\sqrt{13}} = -\frac{2}{\sqrt{13}} \\
& \cos\theta = -\frac{3}{\sqrt{13}} \\
& \sin 2\theta = 2 \times \left(-\frac{2}{\sqrt{13}}\right) \times \left(-\frac{3}{\sqrt{13}}\right) \\
& = 2 \times \frac{6}{13} = \frac{12}{13} > 0 \\
& \therefore \text{正確} \quad (\bigcirc)
\end{aligned}
\]

\[
\boxed{\text{選項(5)詳細分析:半角象限判斷}}
\]

\[
\begin{aligned}
& \text{已知 } \theta \text{ 為第三象限角:} \\
& 180^\circ + 360^\circ n < \theta < 270^\circ + 360^\circ n \quad (n \in \mathbb{Z}) \\ \\ & \text{不等式各項除以 2:} \\ & 90^\circ + 180^\circ n < \frac{\theta}{2} < 135^\circ + 180^\circ n \\ \\ & \text{分情況討論:} \\ & \bullet \text{當 } n \text{ 為偶數(設 } n=2k\text{):} \\ & \quad 90^\circ + 360^\circ k < \frac{\theta}{2} < 135^\circ + 360^\circ k \\ & \quad \Rightarrow \frac{\theta}{2} \text{ 為第二象限角} \Rightarrow \cos\frac{\theta}{2} < 0 \\ \\ & \bullet \text{當 } n \text{ 為奇數(設 } n=2k+1\text{):} \\ & \quad 90^\circ + 180^\circ(2k+1) < \frac{\theta}{2} < 135^\circ + 180^\circ(2k+1) \\ & \quad = 270^\circ + 360^\circ k < \frac{\theta}{2} < 315^\circ + 360^\circ k \\ & \quad \Rightarrow \frac{\theta}{2} \text{ 為第四象限角} \Rightarrow \cos\frac{\theta}{2} > 0 \\
\\
& \therefore \cos\frac{\theta}{2} \text{ 可能為正也可能為負} \\
& \text{選項(5)斷言其必為正或負是錯誤的} \quad (\times)
\end{aligned}
\]

\[
\boxed{\text{綜合結論}}
\]

\[
\begin{array}{c|c|c}
\text{選項} & \text{內容} & \text{判斷} \\ \hline
(1) & x = -6 \text{ 是根據定義直接可得} & \times \\
(2) & \overline{OP} = 2\sqrt{13} & \bigcirc \\
(3) & \cos\theta = \dfrac{3}{\sqrt{13}} & \times \\
(4) & \sin 2\theta = \dfrac{12}{13} > 0 & \bigcirc \\
(5) & \cos\dfrac{\theta}{2} \text{ 必為正(或負)} & \times \\
\end{array}
\]

\[
\boxed{\text{故正確答案為: (2)(4)}}
\]

\[
\boxed{\text{※ 三角函數半角象限判斷通則}}
\]

\[
\begin{aligned}
\text{若 } \theta \text{ 在第 } k \text{ 象限,則 } \frac{\theta}{2} \text{ 的象限分佈:} \\
\begin{array}{c|c}
\theta \text{ 所在象限} & \dfrac{\theta}{2} \text{ 可能象限} \\ \hline
\text{第一象限} & \text{第一、三象限} \\
\text{第二象限} & \text{第一、三象限} \\
\text{第三象限} & \text{第二、四象限} \\
\text{第四象限} & \text{第二、四象限} \\
\end{array}
\end{aligned}
\]

\[
\boxed{\text{本題關鍵計算回顧}}
\]

\[
\begin{aligned}
P(-6, -4) &\Rightarrow \overline{OP} = 2\sqrt{13} \\
\sin\theta &= -\frac{2}{\sqrt{13}}, \quad \cos\theta = -\frac{3}{\sqrt{13}} \\
\sin 2\theta &= 2\left(-\frac{2}{\sqrt{13}}\right)\left(-\frac{3}{\sqrt{13}}\right) = \frac{12}{13}
\end{aligned}
\]


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102學測數學考科-06

莎韻觀測遠方等速率垂直上升的熱氣球。在上午 10:00 熱氣球的仰角為 30°,到上午 10:10 仰角變成 34°。請利用下表判斷到上午 10:30 時,熱氣球的仰角最接近下列哪一個度數?

(1) 39°
(2) 40°
(3) 41°
(4) 42°
(5) 43°

[單選]
答案

\[
\begin{aligned}
& \text{設莎龍位置為 } O,\text{時間與對應熱氣球位置:} \\
& 10:00 \rightarrow A,\quad 10:10 \rightarrow B,\quad 10:30 \rightarrow C \\
\\
& \text{已知:} \angle COB=\theta,\angle AOH = 30^\circ,\ \angle BOA = 4^\circ \\
& \text{設 } AH = y \Rightarrow OH = \sqrt{3}y \\
& \text{設 } AB = x,\ BC = 2x \ (10:00 \text{ 到 } 10:30 \text{ 時距為 } 30 \text{ 分}) \\
\\
& \tan(\angle BOH) = \tan 34^\circ = \frac{y + x}{\sqrt{3}y} \approx 0.675 \\
& \Rightarrow y + x = \sqrt{3} \times 0.675y \approx 1.732 \times 0.675y = 1.1691y \\
& \Rightarrow x = 0.1691y \\
\\
& \tan(\theta + 34^\circ) = \frac{y + 3x}{\sqrt{3}y} \\
& = \frac{y + 3 \times 0.1691y}{\sqrt{3}y} \\
& = \frac{1.5073y}{1.732y} \approx 0.870 \approx \tan 41^\circ \\
& \Rightarrow \angle COH=\theta + 34^\circ \approx 41^\circ \\
\end{aligned}
\]


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103學測數學考科-17

設 \(\overrightarrow{u}\)、\(\overrightarrow{v}\) 為兩個長度皆為 1 的向量。若 \(\overrightarrow{u} + \overrightarrow{v}\) 與 \(\overrightarrow{u}\) 的夾角為 75°,則 \(\overrightarrow{u}\) 與 \(\overrightarrow{v}\) 的內積為__________。

[選填]
答案

已知 \(| \mathbf{u} | = | \mathbf{v} | = 1\),且 \(\mathbf{u}\) 與 \(\mathbf{v}\) 的夾角為 \(150^\circ\),則

\[
\mathbf{u} \cdot \mathbf{v} = |\mathbf{u}| \, |\mathbf{v}| \cos 150^\circ
\]

\[
= 1 \times 1 \times \cos 150^\circ
\]

\[
= \cos 150^\circ = \cos(180^\circ - 30^\circ) = -\cos 30^\circ
\]

\[
= -\frac{\sqrt{3}}{2}.
\]


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103學測數學考科-20

如圖,正三角形 \(ABC\) 的邊長為 1,並且 \(\angle 1 = \angle 2 = \angle 3 = 15°\)。已知 \(\sin 15° = \frac{\sqrt{6} – \sqrt{2}}{4}\),則正三角形 \(DEF\) 的邊長為 __________。

 

[選填]
答案

在 \(\triangle ABE\) 中,

\[
\angle ABE = 60^\circ - 15^\circ = 45^\circ,\quad
\angle AEB = 180^\circ - 15^\circ - 45^\circ = 120^\circ.
\]

由正弦定理:
\[
\frac{AE}{\sin 45^\circ} = \frac{BE}{\sin 15^\circ} = \frac{AB}{\sin 120^\circ}
\]
其中 \(AB = 1\),因此
\[
\frac{1}{\sin 120^\circ} = \frac{1}{\frac{\sqrt{3}}{2}} = \frac{2}{\sqrt{3}}.
\]

於是
\[
BE = \frac{\sin 15^\circ}{\sin 120^\circ} = \frac{\frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}}{\frac{\sqrt{3}}{2}}
= \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{2\sqrt{3}},
\]
\[
AE = \frac{\sin 45^\circ}{\sin 120^\circ} = \frac{\frac{\sqrt{2}}{2}}{\frac{\sqrt{3}}{2}}
= \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}.
\]

由對稱性(\(\triangle ABE \cong \triangle CAD\))得 \(AD = BE\)。
正三角形 \(DEF\) 的邊長為
\[
DE = AE - AD = \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}} - \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{2\sqrt{3}}
= \frac{2\sqrt{2} - (\sqrt{6} - \sqrt{2})}{2\sqrt{3}}
= \frac{3\sqrt{2} - \sqrt{6}}{2\sqrt{3}}.
\]

有理化:
\[
\frac{3\sqrt{2} - \sqrt{6}}{2\sqrt{3}} \cdot \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{3}}
= \frac{3\sqrt{6} - 3\sqrt{2}}{6}
= \frac{\sqrt{6}}{2} - \frac{\sqrt{2}}{2}.
\]

故正三角形 \(DEF\) 的邊長為 \(\displaystyle \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{2}\)。


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104學測數學考科-11

如圖,老王在平地點 \(A\) 測得遠方山頂點 \(P\) 的仰角為 13°。老王朝著山的方向前進 37 公丈後來到點 \(B\),再測得山頂點 \(P\) 的仰角為 15°。則山高約為 \(~~~~~~~~~~\) 公丈。(四捨五入至個位數, $\tan13^\circ\approx 0.231,\tan15^\circ\approx 0.268$)

[選填]
答案

如右圖:

\[
\tan 13^\circ = \frac{h}{37 + x} \approx 0.231 \quad \text{⋯①}
\]
\[
\tan 15^\circ = \frac{h}{x} \approx 0.268 \quad \text{⋯②}
\]

由①、②得:
\[
\begin{cases}
h \approx 0.231 \times 37 + 0.231x \\
h \approx 0.268x
\end{cases}
\]

∴ \( 0.037x \approx 0.231 \times 37 \Rightarrow x \approx 231 \),代入②:

∴ \( h \approx 231 \times 0.268 \approx 62 \)(公尺)


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104學測數學考科-20

下圖為汽車迴轉示意圖。汽車迴轉時,將方向盤轉動到極限,以低速讓汽車進行轉向圓周運動,汽車轉向時所形成的圓周的半徑就是迴轉半徑,如圖中的BC即是。已知在低速前進時,圖中A處的輪胎行進方向與AC垂直,B處的輪胎行進方向與BC垂直。在圖中,已知軸距AB為2.85公尺,方向盤轉到極限時,輪子方向偏了28度 ,試問此車的迴轉半徑BC為 ㊱.㊲ 公尺。(小數點後第 一位以下四捨五入, \(\sin28^{\circ}\approx0.4695\) , \(\cos28^{\circ}\approx0.8829\) )

 

[選填]
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107學測數學考科-05

試問共有幾個角度 θ 滿足 \(0^\circ \lt \theta \lt 180^\circ\),且 \(\cos(3\theta – 60^\circ)\),\(\cos 3\theta\),\(\cos(3\theta + 60^\circ)\) 依序成一等差數列?
(1) 1個
(2) 2個
(3) 3個
(4) 4個
(5) 5個。

[單選題]
答案

等差條件:\( \cos(3\theta - 60^\circ) + \cos(3\theta + 60^\circ) = 2\cos 3\theta \)。和差化積得 \( 2\cos 3\theta \cos 60^\circ = 2\cos 3\theta \Rightarrow \cos 3\theta = 0 \)。在 \( 0^\circ \lt 3\theta \lt 540^\circ \) 內,\( 3\theta = 90^\circ, 270^\circ, 450^\circ \Rightarrow \theta = 30^\circ, 90^\circ, 150^\circ \)。答案:(3)


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108學測數學考科-G

如圖(此為示意圖),\(A, B, C, D\)為平面上的四個點。已知\(\overset{\rightharpoonup}{BC}= \overset{\rightharpoonup}{AB}+\overset{\rightharpoonup}{AD}\),\(\overset{\rightharpoonup}{AC}, \overset{\rightharpoonup}{BD}\)兩向量等長且互相垂直,則\(\tan \angle BAD = \) __________。

[選填題]
答案

利用坐標法得\(\tan\angle BAD = -3\)。


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109學測數學考科-09

在坐標平面上,有一通過原點O的直線L,以及一半徑為2,圓心為原點O的圓T。P,Q為T上相異2點,且OP,OQ分別與L所夾的銳角皆為30°,試選出內積OP·OQ之值可能發生的選項。
(1) \( \frac{2\sqrt{3}}{5} \)
(2) \(-2\sqrt{3}\)
(3)0
(4) -2
(5) -4。

[多選題]
答案

\(\overset{\rightharpoonup}{OP} \cdot \overset{\rightharpoonup}{OQ} = 4 \cos \angle POQ\),可能夾角為60°, 120°, 180°,對應內積值為2, -2, -4,故選(4)(5)。


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114學測數學A考科_05

設 \(0\leq\theta\leq2\pi\)。已知所有滿足 \(\sin 2\theta \gt \sin \theta\) 且 \(\cos 2\theta \gt \cos \theta\) 的 \(\theta\) 可表為 \(a\pi \lt \theta \lt b\pi\),其中 \(a\),\(b\) 為實數,試問 \(b-a\) 值為何?
(1) \(\frac{1}{3}\)
(2) \(\frac{1}{2}\)
(3) \(\frac{2}{3}\)
(4) \(\frac{3}{4}\)
(5) 1

[單選題]
答案

由 \(\cos 2\theta \gt \cos \theta\) 得 \(\cos \theta \lt -\frac{1}{2}\);
由 \(\sin 2\theta \gt \sin \theta\) 得 \(\sin \theta(2\cos\theta-1) \gt 0\),結合得 \(\sin \theta \lt 0\) 且 \(\cos \theta \lt -\frac{1}{2}\)。
解得 \(\pi \lt \theta \lt \frac{4\pi}{3}\),故 \(a=1\),\(b=\frac{4}{3}\),\(b-a=\frac{1}{3}\),選(1)。