Karinoya 學習室

高中 · 高中數學 定期考實驗室

圖形的性質、數學與人類活動(數學A,日本高中與數學Ⅰ並行的選修領域)

可以用繁體中文閱讀題目與解說。講義(解說文章)僅有日文版。

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第1題 | 角平分線與比

在 △ABC 中,AB=6、AC=4、BC=5。設 ∠A 的平分線與邊 BC 交於點 D,求 BD 的長度。

  1. 7/2
  2. 3
  3. 2
  4. 5/2
正確答案B. 3

由角平分線的性質得 BD:DC=AB:AC=6:4=3:2,所以 BD=BC×3/5=5×3/5=3。把比弄反成 BD:DC=4:6 就會得到 BD=2(那其實是 DC 的長度)。靠近 B 的線段 BD,對應的是以 B 為端點的邊 AB。

第2題 | 重心

設 △ABC 中邊 BC 的中點為 M、重心為 G。當中線 AM 的長度為 9 時,求 AG 的長度。

  1. 5
  2. 9/2
  3. 6
  4. 3
正確答案C. 6

重心把中線從頂點側以 2:1 內分,所以 AG:GM=2:1,得 AG=9×2/3=6。3 是 GM 的長度;9/2 則是與中點混淆、取了一半。

第3題 | 外心

三角形三邊的中垂線交於一點。這個點稱為什麼?

  1. 垂心
  2. 外心
  3. 內心
  4. 重心
正確答案B. 外心

三邊中垂線的交點是外心。中垂線上的點到線段兩端等距離,所以外心到三個頂點等距離,也就是外接圓的圓心。內心是內角平分線的交點、重心是中線的交點、垂心則是各頂點到對邊之垂線的交點。

第4題 | 內心

三角形三個內角的平分線交於一點,該點到三邊等距離。這個點稱為什麼?

  1. 內心
  2. 外心
  3. 重心
  4. 垂心
正確答案A. 內心

內角平分線的交點是內心。角平分線上的點到角的兩邊等距離,所以內心到三邊等距離,也就是內切圓的圓心。到三個頂點等距離的是外心,很容易混淆,建議把「內心=內切圓=到邊等距離」成組記住。

第5題 | 中線定理

在 △ABC 中,AB=7、AC=5、BC=8。設邊 BC 的中點為 M,求中線 AM 的長度。

  1. √5
  2. √21
  3. 2√7
  4. √58
正確答案B. √21

由中線定理,AB²+AC²=2(AM²+BM²)。因為 BM=4,所以 49+25=2(AM²+16),74=2AM²+32,AM²=21,AM=√21。忘了右邊的 2(也就是忘了除以 2)就會從 74−16=58 得到 √58。BM 要用 BC 的一半 4。

第6題 | 角平分線與比

在 △ABC 中,AB=8、AC=6、BC=7。設 ∠A 的平分線與邊 BC 交於點 D,求 DC 的長度。

  1. 21/8
  2. 4
  3. 3
  4. 7/2
正確答案C. 3

BD:DC=AB:AC=8:6=4:3,所以 DC=BC×3/7=7×3/7=3。4 是 BD 的長度,要看清楚問的是哪一段。7/2 則是與中點混淆。

第7題 | 邊與角的大小

在 △ABC 中,AB=7、BC=5、CA=3。這個三角形中最大的內角是哪一個?

  1. ∠C
  2. 三個都相等
  3. ∠A
  4. ∠B
正確答案A. ∠C

三角形中,邊愈長,它所對的角愈大。最長邊是 AB=7,它所對的角是 ∠C,所以 ∠C 最大(實際用餘弦定理算得 ∠C=120°)。別把最長邊兩端的角誤選成 ∠A 或 ∠B,要確認的是「邊所對的角」。

第8題 | 西瓦定理

通過 △ABC 內部一點 P 的三條直線 AP、BP、CP,分別與對邊 BC、CA、AB 交於點 D、E、F。當 BD:DC=2:3、CE:EA=1:2 時,求 AF:FB。

  1. 3:1
  2. 1:3
  3. 3:2
  4. 2:3
正確答案A. 3:1

由西瓦定理,(AF/FB)×(BD/DC)×(CE/EA)=1。因為 (AF/FB)×(2/3)×(1/2)=1,所以 AF/FB=3,即 AF:FB=3:1。比的方向(頂點→分點→頂點,一筆繞一圈)若寫反就會變成 1:3,所以要從 A 開始依繞行的順序寫。

第9題 | 內心與角

在 △ABC 中 ∠A=70°,設內心為 I。求 ∠BIC 的大小。

  1. 135°
  2. 110°
  3. 140°
  4. 125°
正確答案D. 125°

∠IBC+∠ICB=(∠B+∠C)/2=(180°−70°)/2=55°,所以 ∠BIC=180°−55°=125°。用公式則是 ∠BIC=90°+∠A/2=90°+35°=125°。140° 是 2∠A,與外心的公式 ∠BOC=2∠A 混淆了。

第10題 | 外心與角

銳角三角形 ABC 中 ∠A=50°,設外心為 O。求 ∠BOC 的大小。

  1. 115°
  2. 25°
  3. 50°
  4. 100°
正確答案D. 100°

外心 O 是外接圓的圓心,所以 ∠BOC 是弧 BC 所對的圓心角,而 ∠A 是同一段弧所對的圓周角,因此 ∠BOC=2∠A=100°。115° 是與內心的公式 90°+∠A/2 混淆;25° 則是把倍率的方向弄反、取了一半。

第11題 | 圓周角

在圓 O 中,某段弧所對的圓心角為 120°。求同一段弧所對的圓周角大小。

  1. 30°
  2. 120°
  3. 240°
  4. 60°
正確答案D. 60°

圓周角是圓心角的一半,所以 120°÷2=60°。240° 是反過來乘了 2。可以在圖上確認「圓周角×2=圓心角」這個方向。

第12題 | 直徑與圓周角

在以線段 AB 為直徑的圓周上,取異於 A、B 的一點 C。求 ∠ACB 的大小。

  1. 180°
  2. 60°
  3. 90°
  4. 45°
正確答案C. 90°

直徑 AB 所對的圓心角是 180°,所以圓周角 ∠ACB 是它的一半 90°(泰利斯定理),而且與 C 的位置無關,恆為定值。180° 是直接答了圓心角。

第13題 | 圓內接四邊形

四邊形 ABCD 內接於圓,且 ∠A=95°。求 ∠C 的大小。

  1. 105°
  2. 75°
  3. 85°
  4. 95°
正確答案C. 85°

圓內接四邊形的對角和為 180°,所以 ∠C=180°−95°=85°。95° 是誤以為「對角相等」,但實際上不是相等,而是相加為 180°。

第14題 | 弦切角定理

設圓 O 上一點 A 處的切線為 AT,並在圓周上取兩點 B、C。當 ∠TAB=65° 時,求弧 AB 所對的圓周角 ∠ACB 的大小。其中 C 位於與 ∠TAB 所夾之弧相反的那一段弧上。

  1. 65°
  2. 25°
  3. 130°
  4. 115°
正確答案A. 65°

由弦切角定理,切線與弦 AB 的夾角 ∠TAB 等於該弦所對的圓周角 ∠ACB,所以是 65°。130° 是把圓周角與圓心角混淆而乘了 2;115° 則是誤用 180° 去減。

第15題 | 圓冪定理

圓的兩條弦 AB 與 CD 相交於圓內一點 P。當 PA=3、PB=4、PC=2 時,求 PD 的長度。

  1. 5
  2. 8/3
  3. 6
  4. 12
正確答案C. 6

由圓冪定理,PA×PB=PC×PD。因為 3×4=2×PD,所以 PD=6。5 是用了像 3+4−2 這種加減的處理。圓冪定理成立的一定是「距離的乘積」相等。

第16題 | 圓冪定理(切線)

從圓外一點 P 作圓的切線 PT,另有一條通過 P 的直線與此圓交於 A、B 兩點。當 PA=4、PB=9 時,求切線 PT 的長度。

  1. 5
  2. 36
  3. 6
  4. 13/2
正確答案C. 6

由切線型的圓冪定理,PT²=PA×PB=4×9=36,所以 PT=6。停在 36 是忘了開平方。13/2 是 (4+9)/2,取成了平均而不是乘積。

第17題 | 圓冪定理(割線)

從圓外一點 P 作兩條直線,一條與圓交於 A、B 兩點(PA=3、AB=5),另一條交於 C、D 兩點(PC=4、PC<PD)。求 PD 的長度。

  1. 15/4
  2. 6
  3. 5
  4. 8
正確答案B. 6

PB=PA+AB=3+5=8。由圓冪定理 PA×PB=PC×PD,即 3×8=4×PD,所以 PD=6。若把 AB 的 5 直接當成 PB、列成 3×5=4×PD,就會得到 15/4。用外部的割線時,要取到離 P 較遠那個交點的長度。

第18題 | 切線段長

在 △ABC 中,BC=10、CA=7、AB=9。設 △ABC 的內切圓與邊 AB 相切於點 P,求 AP 的長度。

  1. 4
  2. 6
  3. 5
  4. 3
正確答案D. 3

從圓外一點所作兩條切線的切線段長相等,設從 A、B、C 出發的切線段長為 x、y、z,則 x+y=9、y+z=10、z+x=7。全部相加得 x+y+z=13(半周長 s),所以 AP=x=s−BC=13−10=3。6 是 BP(s−CA)、4 是從 C 出發的切線段長(s−AB),要看清楚問的是哪個頂點。

第19題 | 公切線

半徑 4 的圓 O 與半徑 2 的圓 O',兩圓心之間的距離為 10。求這兩圓的外公切線長度。

  1. 2√21
  2. 10
  3. 8
  4. 4√6
正確答案D. 4√6

外公切線長為 √(d²−(r₁−r₂)²)=√(100−(4−2)²)=√96=4√6。8=√(100−36) 是用了半徑之和 (4+2)²,那是內公切線的長度。外公切線用差、內公切線用和,要分清楚。

第20題 | 弧與圓周角

圓周上的三點 A、B、C 把圓周分成弧 AB:弧 BC:弧 CA=3:4:5。求 △ABC 最大內角的大小。

  1. 75°
  2. 80°
  3. 60°
  4. 90°
正確答案A. 75°

圓周角與弧長成正比,所以三個內角是把 180° 依 3:4:5 分配而得的 45°、60°、75°。最大的內角是最長的弧 CA 所對的圓周角 ∠B,即 75°。90° 是與邊長比 3:4:5 的直角三角形混淆。

第21題 | 質因數分解

把 540 做質因數分解。

  1. 2²×3³×5
  2. 2²×3²×5
  3. 2×3³×5²
  4. 2³×3²×5
正確答案A. 2²×3³×5

540=2×270=2×2×135=2²×135,而 135=27×5=3³×5,所以 540=2²×3³×5。驗算:4×27×5=540。2³×3²×5=360、2²×3²×5=180,都不相符。指數若標錯,乘回去檢查就能發現。

第22題 | 最小公倍數

求 12 與 18 的最小公倍數。

  1. 6
  2. 216
  3. 72
  4. 36
正確答案D. 36

12=2²×3、18=2×3²。最小公倍數取各質因數指數較大者,即 2²×3²=36。6 是最大公因數。像 216=12×18÷1 那樣直接用乘積是錯的;由 G×L=a×b 可得 L=12×18÷6=36。72 雖然也是 12 與 18 的公倍數,但不是最小的那一個。

第23題 | G×L=ab

兩個自然數的最大公因數為 6、最小公倍數為 180,其中一數為 30 時,求另一數。

  1. 90
  2. 60
  3. 30
  4. 36
正確答案D. 36

對兩數 a、b 有 G×L=a×b,所以 6×180=30×b,得 b=1080÷30=36。驗算:gcd(30,36)=6、lcm(30,36)=180,符合條件。60 或 90 從因倍數關係看容易被猜選,但用 G×L=ab 檢查就能唯一確定。

第24題 | 輾轉相除法

用輾轉相除法求 273 與 63 的最大公因數。

  1. 7
  2. 3
  3. 63
  4. 21
正確答案D. 21

273=63×4+21,63=21×3+0。餘數變成 0,所以最後的除數 21 就是最大公因數。由 273=3×7×13、63=3²×7 也可確認 gcd=3×7=21。7 與 3 雖是公因數,但不是最大的。

第25題 | 輾轉相除法

用輾轉相除法求 319 與 143 的最大公因數。

  1. 1
  2. 11
  3. 33
  4. 13
正確答案B. 11

319=143×2+33,143=33×4+11,33=11×3+0,所以最大公因數是 11。33 只是中途的餘數,輾轉相除要一直做到餘數為 0。由 319=11×29、143=11×13 也可確認。

第26題 | 二進位換十進位

把二進位數 110101₂ 用十進位表示。

  1. 43
  2. 26
  3. 51
  4. 53
正確答案D. 53

110101₂=1×32+1×16+0×8+1×4+0×2+1×1=32+16+4+1=53。43 是把各位的權重反過來乘(等同於 101011₂)的錯誤。要注意最左邊是最高位(2⁵=32 那一位)。換句話說,110101₂ 就是 10 進位下的 53。

第27題 | 十進位換五進位

把十進位數 123 用五進位表示。

  1. 443₅
  2. 434₅
  3. 433₅
  4. 344₅
正確答案A. 443₅

123÷5=24 餘 3,24÷5=4 餘 4,4÷5=0 餘 4。把餘數由下往上讀得 443₅。驗算:4×25+4×5+3=123。餘數由上往下讀就會變成 344₅,這是典型的錯誤。反過來說,443₅ 換回 10 進位就是 123。

第28題 | 二進位的計算

把二進位的計算 1011₂+110₂ 的結果用二進位表示。

  1. 10011₂
  2. 10001₂
  3. 1111₂
  4. 10101₂
正確答案B. 10001₂

換成十進位,1011₂=11、110₂=6,和是 17=16+1=10001₂。直接用二進位直式計算也一樣,只要跟好 1+1=10 的進位,就會得到 10001₂。漏掉一處進位就會變成 1111₂(15)或 10011₂(19)之類的值。

第29題 | 不定方程式

方程式 3x+5y=1 的一組整數解是 x=2、y=−1。表示所有整數解的式子是哪一個?其中 k 為整數。

  1. x=2−5k, y=−1−3k
  2. x=2+5k, y=−1−3k
  3. x=2+3k, y=−1−5k
  4. x=2+5k, y=−1+3k
正確答案B. x=2+5k, y=−1−3k

由 3(x−2)+5(y+1)=0 得 3(x−2)=−5(y+1)。因為 3 與 5 互質,x−2 必為 5 的倍數,所以 x=2+5k、y=−1−3k。x 配上對方的係數 5、y 配上對方的係數 3,而且符號相反。x=2+3k, y=−1−5k 在 k=0 時成立,但 k=1 時 3×5+5×(−6)=−15≠1,所以不對;x=2−5k, y=−1−3k 在 k=1 時 3×(−3)+5×(−4)=−29≠1,也不對。代回去檢查最保險。

第30題 | 餘數的條件

除以 7 餘 3、除以 13 餘 5 的自然數中,最小的是哪一個?

  1. 31
  2. 66
  3. 18
  4. 122
正確答案A. 31

設所求的數為 N,則 N=7x+3=13y+5,於是 7x−13y=2。x=4、y=2 是一組解,此時 N=7×4+3=31。驗算:31=7×4+3、31=13×2+5,符合條件。解每隔 7×13=91 出現一次,所以下一個是 122(它不是最小的)。18=13+5 除以 7 餘 4,並不符合。

練習:作答本頁的題目

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