專題 01
完整三角方程解集
解變換角、還原所有分支,再與原區間取交集。
學完之後,你能解釋
- 保留指定區間內所有角分支及週期複本。
- 辨認除法遺漏解及平方增根。
一個值每周可出現多次
計算器反函數值只是一個代表分支。
參考角提供候選值,不自動給完整解集。
sinx=sinα⇒x=α+2kπ or x=π−α+2kπ 使用單位圓等高點。
α,π−α 按函數週期重複,再與指定定義域取交。
成立條件
反例:sin x=1 每周一點,不是兩相異參考角分支。
可逆步驟與分支追蹤
完整性須審查各代數操作,不只最後代入。
分解保留零分支;除法可漏根,平方可增假候選值。
sin2x=cosx⇒cosx(2sinx−1)=0 用恆等式分解,不除以 cos x。
cosx=0 or sinx=1/2 把平方方程候選值代回原符號條件。
sin2x=1/4⇒sinx=−1/2
成立條件
反例:sin 2x=cos x 除以 cos x 會漏 π/2、3π/2。
預測 → 操作 → 解釋 → 遷移
先留下預測,再探索關係。
課節思考:目標高度、頻率及閉端點改變時,根數如何改變?
模型實驗:先預測調整下列參數會改變哪個結果,再以顯示的數值檢查,並與課節問題比較。
圖像的數值資料,可列印| 解 x(度) | sin(nx)−k |
|---|
| 30 | 0 |
| 150 | 0 |
解釋:比較 0°≤x≤360° 的完整根表及圖像交點。
遷移:構造兩端點均為根的高度,說明為何兩者都計。
試一試,把思路寫下來。
每次只看一個提示。訂正時記錄想法如何改變,不只抄下答案。
例題 1–3:先讀完整示範;由已完成的首步接續推理;再獨立選方法,完成後才展開解答。其餘練習可於課後繼續。
在指定度數區間求解。
sinx=1/2,0≤x<360∘ 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
找參考角及第二等高點。
提示 2+
第一及第二象限正弦正。
完整解答+
求參考值。
x1=30∘ 在上半圓反射。
x2=180∘−30∘=150∘
30°、150°。
檢查與易錯點:兩值符合區間;再加完整周均不符合。
先思考,待同學準備好再展開提示。
完整求解。
2sin2x−sinx−1=0,0≤x<360∘ 已提供首步,請接續推理:求可行正弦值。
sinx=1 or −1/2 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
暫把正弦當代數變量。
提示 2+
分解 (2s+1)(s−1)。
完整解答+
求可行正弦值。
sinx=1 or −1/2 還原所有角分支並去重。
x=90∘,210∘,330∘
90°、210°、330°。
檢查與易錯點:此周中正弦值 1 只有一點。
先思考,待同學準備好再展開提示。
求解並說明除以 cos x 會漏哪些解。
sin2x=cosx,0≤x<2π 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
以乘積式替換 sin 2x。
提示 2+
提出餘弦,不除以它。
完整解答+
保留零因式分支。
cosx(2sinx−1)=0 列兩分支解集。
x=π/2,3π/2;x=π/6,5π/6
π/6、π/2、5π/6、3π/2;除法漏兩餘弦零點。
檢查與易錯點:只檢驗除法後方程不能找回已丟棄分支。
先思考,待同學準備好再展開提示。
求解。
cosx=0,0≤x<360∘ 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
用單位圓垂直射線。
提示 2+
向上及向下射線的 x 坐標均零。
完整解答+
辨認首個零點。
包含相反射線。
90°、270°。
檢查與易錯點:餘弦圖每完整周兩次過零。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
求解。
tanx=1,0≤x<360∘ 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
正切每 180° 重複。
提示 2+
由 45° 開始。
完整解答+
求一有效參考解。
在區間內加一正切週期。
45°、225°。
檢查與易錯點:只用 360° 週期會漏一有效正切解。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
逐步建立思路
提示 1+
用反函數前檢查值域。
提示 2+
正弦介乎 −1 與 1。
完整解答+
使用單位圓界限。
−1≤sinx≤1 所求值在界限外。
無實數解。
檢查與易錯點:值域檢查避免無意義的反函數輸入。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
逐步建立思路
提示 1+
零點在 π 整數倍。
提示 2+
兩端點包含。
完整解答+
列可行倍數。
x=−π,0,π 計相異實輸入。
3。
檢查與易錯點:同終邊端點角為不同實輸入,兩者都在此閉區間。
先思考,待同學準備好再展開提示。
不遺漏週期,求解。
sin2x=1/2,0≤x<360∘ 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
變換角跨 0≤2x<720°。
提示 2+
先找四個角,再除以 2。
完整解答+
列變換角解。
2x=30∘,150∘,390∘,510∘ 返回原輸入。
x=15∘,75∘,195∘,255∘
15°、75°、195°、255°。
檢查與易錯點:只用變換角一周會把完整解集減半。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
在原區間內求解。
cos(x−π/3)=−1/2,0≤x<2π 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
先解平移角,再篩選 x。
提示 2+
用平移角 2π/3 及 4π/3。
完整解答+
加 π/3 還原輸入。
x=π,5π/3 其他週期複本在區間外。
π 及 5π/3。
檢查與易錯點:先還原平移,再檢查原定義域,不假設相角只限一周。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
求解並說明此題除以餘弦是否安全。
sinx=cosx,0≤x<2π 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
先把餘弦零值輸入代原方程。
提示 2+
餘弦零時正弦為 ±1,故沒有此類解。
完整解答+
由原方程排除零除數。
cosx=0⇒sinx=±1=0 安全相除並用正切週期。
tanx=1⇒x=π/4,5π/4
π/4、5π/4;檢查零情況後可安全相除。
檢查與易錯點:此情況與零除數本身提供有效解的方程不同。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
學生把方程平方得四候選值。指出須排除哪些及理由。
sinx=−1/2,0≤x<360∘ 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
平方抹去要求的負號。
提示 2+
把上半圓候選值代回原方程。
完整解答+
平方方程允許兩符號。
x=30∘,150∘,210∘,330∘ 排除正弦為正的候選值。
x=210∘,330∘ remain
排除 30°、150°;保留 210°、330°。
檢查與易錯點:不可逆推出之後,用代入檢查有效性。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。
按所有實數 k 分類相異解數,解釋此閉區間中 k=0 的特殊作用。
sinx=k,0≤x≤2π 考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
合併正弦值域及端點包含情況。
提示 2+
內部非極端高度相交兩次;零包含兩端點。
完整解答+
分類不可能及極端高度。
∣k∣>1:0;∣k∣=1:1 處理普通高度及重複端點高度。
0<∣k∣<1:2;k=0:3
所列四情況的解數為 0、1、2、3。
檢查與易錯點:端點同終邊但為相異實輸入,零高度時兩者均計。
推理清單・自評/教師評核
- 分類不可能及極端高度。
- 處理普通高度及重複端點高度。
先思考,待同學準備好再展開提示。
輪上點在時間 t 秒的高度為 H(t) 米。在一周 0≤t≤8,何時嚴格高於 4 米?推導區間並解釋端點。
H(t)=3+2sin(πt/4) - 模型在 0≤t≤8 秒適用;高度從同一基準向上量。
考點與先備課節
範圍:JM01 / JM02
逐步建立思路
提示 1+
把高度轉為正弦門檻,追蹤時間至角的比例。
提示 2+
sin θ>1/2 在 π/6 與 5π/6 之間。
完整解答+
表示嚴格相角區間。
π/6<πt/4<5π/6 換回秒並排除等號時刻。
2/3<t<10/3
t∈(2/3,10/3) 秒時嚴格高於 4 米。
檢查與易錯點:兩端點恰高 4 米,故兩端均不包含。
推理清單・自評/教師評核
先思考,待同學準備好再展開提示。