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學習・解釋・訂正

單位圓坐標及符號

先理解概念,獨立嘗試,再解釋想法如何改變。

高一必修 第一册(A版).pdf · 5.2 · PDF 184 / 印刷頁 177

專題 01

單位圓坐標及符號

以坐標讀正弦及餘弦,保留角方向及象限資料。

學完之後,你能解釋

  • 把點正規化到單位圓,解釋坐標符號。
  • 用模長檢查判斷所提正弦餘弦數據是否可能。

先坐標後比值

正規化保留坐標符號;長度本身不能決定象限。

終邊上的非零點,把兩坐標除以正半徑。

cos⁡θ=x/r,sin⁡θ=y/r,r=x2+y2\cos\theta=x/r,\quad\sin\theta=y/r,\quad r=\sqrt{x^2+y^2}
  1. 以半徑縮放點。

    (x,y)↦(x/r,y/r)(x,y)\mapsto(x/r,y/r)
  2. 勾股關係成為單位圓限制。

    cos⁡2θ+sin⁡2θ=1\cos^2\theta+\sin^2\theta=1

成立條件

  • r>0;原點沒有終邊方向。

反例:P=(−3,4) 的餘弦負,即使所有邊長正。

  • 連結有方向射線、帶符號坐標及單位圓點。

方向及可用比值

旋轉模型選三角值前須先指定方向及單位。

逆時針角為正;x 坐標為零時正切未定義。

tan⁡θ=sin⁡θ/cos⁡θ\tan\theta=\sin\theta/\cos\theta
  1. 加完整周不改變終點。

    θ∼θ+360∘k\theta\sim\theta+360^\circ k
  2. 用正切前檢查除數。

    cos⁡θ≠0\cos\theta\ne0

成立條件

  • 不可混用度及弧度;正切要求餘弦非零。

反例:tan 90° 未定義,不是零。

  • 比較度及弧度標記、順逆時針箭頭。

預測 → 操作 → 解釋 → 遷移

先留下預測,再探索關係。

課節思考:θ 反射成 −θ 或 π−θ,哪個坐標改變?

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。

實際點 (-1,1.73205);除以正半徑 r=2 得單位圓坐標。正角逆時針。xy

實際點 (-1,1.73205);除以正半徑 r=2 得單位圓坐標。正角逆時針。

圖像的數值資料,可列印
量值
θ (rad)2.0944
x-1
y1.73205
cos θ-0.5
sin θ0.86603
tan θ-1.73205

解釋:改半徑及角度時追蹤帶符號坐標及正切分母。

遷移:選兩個不同半徑而三角比相同的點。

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。

01 / 基礎#示範例題

終邊通過 P,求餘弦。

P=(−3,4)P=(-3,4)
  • P 非原點。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
求正半徑。
提示 2
餘弦用水平坐標。
完整解答
  1. 以到原點距離正規化。

    r=9+16=5r=\sqrt{9+16}=5
  2. 保留 x 符號。

    cos⁡θ=−3/5\cos\theta=-3/5

−3/5。

檢查與易錯點:距離正,向左坐標負。

先思考,待同學準備好再展開提示。

02 / 鞏固#示範例題

由已知正弦及象限求餘弦。

sin⁡θ=3/5,θ in quadrant II\sin\theta=3/5,\quad\theta\text{ in quadrant II}

已提供首步,請接續推理:求餘弦平方。

cos⁡2θ=1−9/25=16/25\cos^2\theta=1-9/25=16/25
  • 角嚴格位於第二象限。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
用單位圓恆等式。
提示 2
第二象限選負平方根分支。
完整解答
  1. 求餘弦平方。

    cos⁡2θ=1−9/25=16/25\cos^2\theta=1-9/25=16/25
  2. 使用象限符號。

    cos⁡θ=−4/5\cos\theta=-4/5

−4/5。

檢查與易錯點:恆等式本身給兩符號,象限選其中一個。

先思考,待同學準備好再展開提示。

03 / 遷移#示範例題

感測器回報由正 x 軸逆時針轉 765°,點在單位圓上。求終點坐標並解釋為何可減去完整周。

θ=765∘\theta=765^\circ
  • 半徑 1;逆時針為正。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
減去完整周,不是半周。
提示 2
765−720=45。
完整解答
  1. 找同終邊角。

    765∘=2(360∘)+45∘765^\circ=2(360^\circ)+45^\circ
  2. 讀 45° 的相等正坐標。

    P=(2/2,2/2)P=(\sqrt2/2,\sqrt2/2)

(√2/2,√2/2)。

檢查與易錯點:完整周保留終點,但累積轉角仍為 765°。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

求值。

sin⁡150∘\sin150^\circ
  • 角以度為單位。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
參考角為 30°。
提示 2
第二象限正弦正。
完整解答
  1. 把 30° 點關於 y 軸反射。

    150∘=180∘−30∘150^\circ=180^\circ-30^\circ
  2. 垂直坐標保留。

    sin⁡150∘=1/2\sin150^\circ=1/2

1/2。

檢查與易錯點:反射改變餘弦,不改此正弦。

先思考,待同學準備好再展開提示。

05 / 基礎#獨立練習

求值。

cos⁡240∘\cos240^\circ
  • 角以度為單位。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
240° 在第三象限。
提示 2
參考角 60°。
完整解答
  1. 分開半周。

    240∘=180∘+60∘240^\circ=180^\circ+60^\circ
  2. 水平坐標反號。

    cos⁡240∘=−1/2\cos240^\circ=-1/2

−1/2。

檢查與易錯點:半周令兩坐標反號。

先思考,待同學準備好再展開提示。

06 / 基礎#獨立練習

解釋 tan 90° 的狀態。

tan⁡90∘\tan90^\circ
  • 使用實三角函數。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
用 sin/cos。
提示 2
分母為零。
完整解答
  1. 讀四分之一周的點。

    (cos⁡90∘,sin⁡90∘)=(0,1)(\cos90^\circ,\sin90^\circ)=(0,1)
  2. 商不能為實數。

    1/0 undefined1/0\text{ undefined}

未定義。

檢查與易錯點:它既非零,也不是實數中的無窮值。

推理清單・自評/教師評核
  • 讀四分之一周的點。
  • 商不能為實數。

先思考,待同學準備好再展開提示。

07 / 基礎#獨立練習

求單位圓坐標。

θ=−π/3\theta=-\pi/3
  • 輸入以弧度為單位。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
負角順時針。
提示 2
大小為 60°。
完整解答
  1. 定位第四象限。

    −π/3=−60∘-\pi/3=-60^\circ
  2. 餘弦正、正弦負。

    P=(1/2,−3/2)P=(1/2,-\sqrt3/2)

(1/2,−√3/2)。

檢查與易錯點:弧度輸入須按角量理解,不能當作度數。

推理清單・自評/教師評核
  • 定位第四象限。
  • 餘弦正、正弦負。

先思考,待同學準備好再展開提示。

08 / 鞏固#獨立練習

求正弦。

cos⁡θ=−12/13,θ in quadrant III\cos\theta=-12/13,\quad\theta\text{ in quadrant III}
  • 角在第三象限。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
用坐標平方和為 1。
提示 2
第三象限正弦負。
完整解答
  1. 求垂直坐標平方。

    sin⁡2θ=1−144/169=25/169\sin^2\theta=1-144/169=25/169
  2. 選負分支。

    sin⁡θ=−5/13\sin\theta=-5/13

−5/13。

檢查與易錯點:符號來自象限,不由平方根計算決定。

先思考,待同學準備好再展開提示。

09 / 鞏固#獨立練習

精確求餘弦。

tan⁡θ=−2,θ in quadrant IV\tan\theta=-2,\quad\theta\text{ in quadrant IV}
  • 餘弦非零;第四象限固定其符號。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
用坐標比為 −2 的射線。
提示 2
選點 (1,−2)。
完整解答
  1. 選符合象限的代表點。

    P=(1,−2),r=5P=(1,-2),\quad r=\sqrt5
  2. 正規化水平坐標。

    cos⁡θ=1/5\cos\theta=1/\sqrt5

1/√5。

檢查與易錯點:比值不固定長度,但正規化消除此自由。

推理清單・自評/教師評核
  • 選符合象限的代表點。
  • 正規化水平坐標。

先思考,待同學準備好再展開提示。

10 / 鞏固#獨立練習

求 [0,360) 內的角度。

P=(0,−2)P=(0,-2)
  • 用度作答,0≤θ<360°。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
定位負 y 軸。
提示 2
使用正的逆時針代表角。
完整解答
  1. 終邊方向向下。

    (x/r,y/r)=(0,−1)(x/r,y/r)=(0,-1)
  2. 選指定區間代表。

    θ=270∘\theta=270^\circ

270°。

檢查與易錯點:−90° 同終邊但不在指定區間。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

以幾何說明 sin(π−α)=sin α。

0<α<π/20<\alpha<\pi/2
  • α 為銳角,以弧度計。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
關於 y 軸反射。
提示 2
反射保留垂直坐標。
完整解答
  1. 寫原單位圓點。

    P=(cos⁡α,sin⁡α)P=(\cos\alpha,\sin\alpha)
  2. 反射至角 π−α。

    Preflected=(−cos⁡α,sin⁡α)P_{\mathrm{reflected}}=(-\cos\alpha,\sin\alpha)

相等 y 坐標證明恆等式。

檢查與易錯點:此法解釋哪個坐標變號,不只背公式。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫原單位圓點。
  • 反射至角 π−α。

先思考,待同學準備好再展開提示。

12 / 遷移#獨立練習

點由 (2,0) 繞原點順時針轉 120°。求最終高度及位置,解釋高度符號。

r=2,θ=−120∘r=2,\quad\theta=-120^\circ
  • 繞原點旋轉;正 y 向上。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
高度為帶符號垂直坐標,不是到 x 軸的距離。
提示 2
用半徑乘單位圓坐標。
完整解答
  1. 決定帶符號三角值。

    cos⁡(−120∘)=−1/2,sin⁡(−120∘)=−3/2\cos(-120^\circ)=-1/2,\quad\sin(-120^\circ)=-\sqrt3/2
  2. 以實際半徑縮放。

    P=(−1,−3)P=(-1,-\sqrt3)

高度 −√3,位置 (−1,−√3)。

檢查與易錯點:此順時針旋轉後點在軸下;到軸下方的距離則為正 √3。

推理清單・自評/教師評核
  • 決定帶符號三角值。
  • 以實際半徑縮放。

先思考,待同學準備好再展開提示。

13 / 遷移#獨立練習

兩個精確讀數聲稱同一角的正弦及餘弦均為 0.8。判斷有否實角符合,並說明改象限能否修正。

s=0.8,c=0.8s=0.8,\quad c=0.8
  • 讀數視為精確,不是四捨五入量測。
考點與先備課節

範圍:JM01 / JM02

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
反求角之前檢查單位圓模長。
提示 2
讀數平方和為 1.28。
完整解答
  1. 檢查必要恆等式。

    s2+c2=0.64+0.64=1.28≠1s^2+c^2=0.64+0.64=1.28\ne1
  2. 改符號不改平方長度。

    (±0.8)2+(±0.8)2=1.28(\pm0.8)^2+(\pm0.8)^2=1.28

沒有角符合;改象限不能修正精確讀數。

檢查與易錯點:此為一致性檢查,而非反三角計算。

推理清單・自評/教師評核
  • 檢查必要恆等式。
  • 改符號不改平方長度。

先思考,待同學準備好再展開提示。

專注一道題目

課末檢核與訂正

回看最近核對的答案及解釋;改動草稿後須重新核對。書面推理需要自評或教師評核。

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    教師備課與評核

    40 分鐘教案

    分鐘環節教師及學生任務
    5符號及單位用診斷,要求標單位圓點。
    8正規化點由 P=(−3,4) 推導餘弦及正弦,保留符號。
    10選分支同桌由恆等式及象限求缺坐標。
    12建模及否定小組比較順時針高度及不可能的感測讀數。
    5離堂解釋請學生區分高度及到軸下方的距離。

    提問順序

    • 正弦用哪個坐標?
    • 開平方後哪項資料選符號?

    板書發展

    • 以正半徑正規化。
      (x,y)/r=(cos⁡θ,sin⁡θ)(x,y)/r=(\cos\theta,\sin\theta)
    • 求角前檢查數據。
      s2+c2=1s^2+c^2=1

    預期正誤回答

    • 「半徑正,x 負,所以餘弦負」理由正確。
    • 「兩讀數小於 1 所以可行」漏共同限制。

    追問

    • 改符號能修正錯誤平方模長嗎?

    補救

    • 符號錯誤時,先畫坐標軸及投影,再回想公式。

    離堂檢核

    • P=(5,−12),求正弦餘弦並說明符號。預期 −12/13、5/13。

    評核清單與作答示例

    • 2 分:坐標正規化。
      完整:帶符號坐標除以正 13;部分:只用無符號長度。
    • 2 分:模型解釋或一致性。
      完整:平方模長 1.28 排除所有象限;部分:只說不可能無檢查。

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    教材與來源說明 ↗