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📐 數學 · 第 2 堂

三角函數 — 精熟單位圓,學測計算全破解

⏱ 約 30 分鐘📝 12 題深度測驗
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👁️ 閉目養神,準備衝刺 💪

📖 一、核心觀念完整教學

本單元在學測的定位與考法:學測數學三角函數約佔 2~3 題,常考特殊角值、和角倍角應用、正餘弦定理搭配面積公式。需熟練單位圓記憶三角值,並能快速判斷正負號。近年混合題型常結合幾何圖形,考驗整合能力。

🔍 主題點一:單位圓與特殊角

觀念:單位圓是以原點為圓心、半徑為 1 的圓。點 P 坐標 (cosθ, sinθ),其中 cosθ 為 x 坐標,sinθ 為 y 坐標。特殊角 0°, 30°, 45°, 60°, 90° 的三角值來自標準直角三角形,必須直接記憶。

必背定義
單位圓上點 P(θ) = (cosθ, sinθ);sinθ = y,cosθ = x,tanθ = y/x。
特殊角值:
sin30°=1/2,cos30°=√3/2,tan30°=1/√3;
sin45°=√2/2,cos45°=√2/2,tan45°=1;
sin60°=√3/2,cos60°=1/2,tan60°=√3;
sin0°=0,cos0°=1,tan0°=0;sin90°=1,cos90°=0。
sin 30° = 1/2利用30°-60°-90°三角形邊長比1:√3:2,對邊/斜邊。🔥考點:搭配餘角關係sin60°=cos30°
cos 150° = -√3/2第二象限cos為負,參考角30°,值與cos30°相同但加負號。🔥考點:判斷正負號是學測最愛
tan 45° = 1等腰直角三角形對邊等長。🔥考點:斜率=1直線對應45°,極坐標轉換常用
🔥 關鍵:單位圓對稱性,sin(π-θ)=sinθ,cos(π-θ)=-cosθ,快速求補角值。
🤔 易混淆:sin(-θ) vs cos(-θ)

sin(-θ) = -sinθ,sin為奇函數;cos(-θ)=cosθ,cos為偶函數。單位圓上,角度反向相當於對x軸鏡射,y坐標變號,x坐標不變。因此sin值變號,cos值不變。🔥考點:化簡負角時常考選擇題。

🔍 主題點二:和角公式與倍角公式

觀念:和角公式是將兩個角度的三角函數展開,學測必考。倍角公式是和角公式的特例,能簡化許多方程式。

必背公式
sin(A±B) = sinAcosB ± cosAsinB
cos(A±B) = cosAcosB ∓ sinAsinB
tan(A±B) = (tanA ± tanB) / (1 ∓ tanAtanB)
倍角:sin2θ = 2sinθcosθ
cos2θ = cos²θ - sin²θ = 2cos²θ - 1 = 1 - 2sin²θ
tan2θ = 2tanθ / (1 - tan²θ)
sin75° = (√6+√2)/4拆成45°+30°,用公式。🔥考點:特殊角組合計算題
cos2θ = 2cos²θ-1倍角公式變形,用於降次積分或求值。🔥考點:常要求從sinθ求cos2θ
tan(A+B)公式分母1-tanAtanB注意正負號,當A+B=45°時可推tanA+tanB+tanAtanB=1。🔥考點:條件等式
💡小技巧:記不住和角公式,可用複數的極式乘法來推導 sin(α+β) = sinαcosβ+cosαsinβ。
🤔 易混淆:和角公式符號

sin(A±B)=sinAcosB±cosAsinB,符號一致;cos(A±B)=cosAcosB∓sinAsinB,符號相反。口訣:「cos先正後負」。務必小心!倍角公式也常因符號出錯。

🔍 主題點三:正弦定理與餘弦定理

觀念:用於解任意三角形邊角關係。正弦定理適用對邊對角成比例,餘弦定理為畢氏定理的推廣。

必背定理
正弦定理:a/sinA = b/sinB = c/sinC = 2R (R為外接圓半徑)
餘弦定理:a² = b² + c² - 2bc·cosA
變形:cosA = (b² + c² - a²) / (2bc)
面積公式:Δ = ½ bc sinA = ½ ac sinB = ½ ab sinC
兩邊一夾角用餘弦求對邊已知b,c,角A,求a。🔥考點:搭配面積公式=½ bc sinA
正弦定理求外接圓半徑a/sinA=2R,可用於證明幾何關係。🔥考點:學測曾考邊長與sin比值求R
餘弦定理變形:cosA = (b²+c²-a²)/(2bc)用三邊長求角度,判斷三角形類型。🔥考點:鈍角銳角判定
🔥 關鍵:當已知兩邊及其中一邊的對角(SSA),必須注意解的個數,可能兩解、一解或無解。
🤔 進階:正弦定理與餘弦定理的選用時機

當題目給兩角一邊(AAS或ASA)用正弦定理;給兩邊夾角(SAS)或三邊(SSS)用餘弦定理;給兩邊及一邊對角(SSA)須正弦定理且注意多解。學測混合題常合併使用,先正弦求一邊,再用餘弦求角。

🔍 主題點四:三角恆等式與極值應用

觀念:平方關係、商數關係與衍生式是代數化簡的核心,可結合和角、倍角求極大極小值。

必背恆等式
sin²θ + cos²θ = 1
tanθ = sinθ / cosθ
1 + tan²θ = sec²θ
1 + cot²θ = csc²θ
(sinθ ± cosθ)² = 1 ± sin2θ
sin²θ + cos²θ = 1恆等式,可用於已知sin求cos時考慮正負。🔥考點:平方和聯立方程組
(sinθ+cosθ)² = 1 + sin2θ展開得到,常用求極值。🔥考點:sinθ+cosθ最大值為√2
和差化積公式較少考,但可用於解三角形和。🔥考點:sinA+sinB=2sin((A+B)/2)cos((A-B)/2)
💡小技巧:看到 sinθ + cosθ 就平方,可轉成 sin2θ 相關,求極值。
🤔 易混淆:平方關係的變形

sin²θ+cos²θ=1 可寫成 (sinθ+cosθ)² -2sinθcosθ=1,進而求sinθcosθ。這是學測熱門手法,務必熟練。注意sinθ+cosθ的範圍為[-√2, √2]。

⚠️ 常見陷阱:1. 餘弦定理公式符號弄錯(-2bc cosA)。2. 忘記 cos(θ+π) = -cosθ,sin(θ+π) = -sinθ。3. 特殊角值背錯,如 sin60° 誤記為 √2/2。學測干擾選項常直接放入這些錯誤結果。

🔤 二、必考重點速記表 🔥 學測必考

重點內容考點記憶口訣
特殊角30°系列sin30°=1/2, cos30°=√3/2, tan30°=1/√330-60-90三角形1、√3、2(邊長),sin對邊/斜邊
特殊角45°sin45°=√2/2, cos45°=√2/2, tan45°=1等腰直角三角形兩邊相等,sin=cos
特殊角60°系列sin60°=√3/2, cos60°=1/2, tan60°=√3配合30°,互餘關係sin60°=cos30°
廣義角轉換sin(180°-θ)=sinθ, cos(180°-θ)=-cosθ將鈍角化為銳角「一全二正三切四餘」
平方恆等式sin²θ+cos²θ=1已知sin求cos,注意正負「sin平方加cos平方等於1」
和角公式 sinsin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB求sin75°等「散摳散,摳散」
和角公式 coscos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB注意負號「摳摳,散散,變號」
倍角公式sin2θ=2sinθcosθ, cos2θ=cos²θ-sin²θ=2cos²θ-1=1-2sin²θ常用於解方程式「二倍角,降次升角」
正弦定理a/sinA=b/sinB=c/sinC=2R求邊長、外接圓半徑「邊對角正弦成比例」
餘弦定理a²=b²+c²-2bc cosA已知三邊求角,或兩邊夾角求對邊「畢氏定理加修正項」
📌 口訣:特殊角記憶:「1,2,3, 3,2,1, 三分根號三」(tan30=1/√3, tan45=1, tan60=√3);象限正負口訣:「所有學生通通不及格」(第一象限All正,第二Sin正,第三Tan正,第四Cos正)

🎯 三、考場 SOP — 三角計算題破解流程

1
審題與圖形化 — 讀完題,判斷要求邊、角或三角值。立即畫出單位圓或三角形輔助,標示已知角度、邊長。時間 20 秒。
2
選擇定理或公式 — 根據已知條件,選用正弦定理、餘弦定理、和角公式等。若為廣義角,先用轉換公式化銳角。時間 20 秒。
3
列式並檢查符號 — 代入公式時,特別注意正負號與特殊角值。檢查象限,確保 sin/cos 符號正確。時間 30 秒。
4
精準計算 — 進行有理化、根號運算,避免計算錯誤。複雜計算可分段處理,如先化簡再代值。時間 50 秒。
5
驗算與選答 — 帶回原式或利用三角形內角和 180° 快速驗證。確認答案與選項一致,無誤差。時間 30 秒。
⏱ 建議單題作答時間:選擇題約 1.5 ~ 2 分鐘,混合題約 3 分鐘。若卡住超過 3 分鐘先跳過,最後再回頭。

📝 四、學測實戰區

實戰題 1|題型:正弦定理應用
在△ABC中,已知∠A=30°,∠B=105°,邊長a=8,則邊長c的長度為何?
(A) 4√6 (B) 8√2 (C) 4√3 (D) 8√3
看解析

答案:(B)

先求∠C = 180° - 30° - 105° = 45°。由正弦定理 a/sinA = c/sinC ⇒ 8/(1/2) = c/(√2/2) ⇒ 16 = c/(√2/2) ⇒ c = 16 × (√2/2) = 8√2。選(A)者誤用cos混淆;(C)誤將∠C當成60°;(D)算錯倍數。

實戰題 2|題型:和角公式計算
cos165° 的值等於下列哪一項?
(A) -(√6+√2)/4 (B) (√6-√2)/4 (C) -(√6-√2)/4 (D) (√6+√2)/4
看解析

答案:(A)

cos165° = cos(180°-15°) = -cos15°。cos15° = cos(45°-30°) = cos45°cos30° + sin45°sin30° = (√2/2)(√3/2)+(√2/2)(1/2) = (√6+√2)/4,故 cos165° = -(√6+√2)/4。(C)為常見符號錯誤,以 sin 公式計算導致;(B)為直接誤用 sin15° 的值;(D)忘記補負號。

📝 五、深度測驗 12 題

答對 8 題(67%)解鎖下一堂。

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