Тригонометрические уравнения ИТ
Увеличенная в $$4$$ раза сумма модулей корней уравнения $$\textrm{tg}\pi x+\textrm{ctg}\pi x=2$$, по абсолютной величине не превосходящих $$0,5\pi$$, равна:
- Тригонометрическое тождество:
$$\textrm{tg} x\cdot \textrm{ctg} x=1$$. - Если $$\textrm{tg}x=a$$ и $$a\in R$$, то $$x=\textrm{arctg}a+\pi n$$, где $$n\in Z$$.
- Так как $$\textrm{ctg}\pi x=\frac{1}{\textrm{tg}\pi x}$$, то, полагая $$\textrm{tg}\pi x=a$$, запишем:
$$a+\frac{1}{a}-2=0$$, $$a^2-2a+1=0$$, $$(a-1)^2=0$$, откуда $$a=1$$.
Тогда, $$\textrm{tg}\pi x=1$$, откуда $$\pi x=\frac{\pi }{4}+\pi n$$, $$x=0,25+n$$, где $$n\in Z$$. - Так как $$0,5\pi \approx 0,5\cdot 3,14=1,57$$, то отберем корни уравнения на отрезке $$[-1,57;1,57]$$:
при $$n=0$$ получим $$x=0,25<1,57$$;
при $$n=1$$ получим $$x=1,25<1,57 $$;
при $$n=2$$ получим $$x=2,25>1,57$$;
при $$n=-1$$ получим $$x=-0,75>-1,57$$;
при $$n=-2$$ получим $$x=-1,75<-1,57$$. - Тогда: $$4\cdot (\left |0,25 \right |+\left |1,25 \right |+\left |-0,75 \right |)=9$$.
- модуль суммы чисел $$a$$ и $$b$$ – это выражение $$\left | a+b \right |$$;
- сумму модулей чисел $$a$$ и $$b$$ – это выражение $$\left | a \right |+\left | b \right |$$.
Разность наименьшего положительного и наибольшего отрицательного корней уравнения (в градусах) $$\sin{x}\sin{3x}-\cos{3x}\cos{5x}=0$$ равна:
- Формулы преобразования произведения в сумму:
$$\sin{x}\sin{y}=\frac{1}{2}\left (\cos(x-y)-\cos(x+y) \right )$$,
$$\cos{x}\cos{y}=\frac{1}{2}\left (\cos(x-y)+\cos(x+y) \right )$$. - Формула преобразования отрицательного аргумента:
$$\cos(-\alpha )=\cos\alpha$$. - Формула преобразования суммы в произведение:
$$\cos{x}-\cos{y}=-2\sin\frac{x+y}{2}\sin\frac{x-y}{2}$$. - Если $$\sin{x}=0$$, то $$x=\pi n$$, где $$n \in Z$$.
- Применим формулы преобразования произведения в сумму:
$$\frac{1}{2}(\cos(-2x)-\cos4x)-\frac{1}{2}(\cos(-2x)+\cos8x)=0$$,
$$(\cos2x-\cos4x)-(\cos2x+\cos8x)=0$$, $$\cos2x-\cos4x-\cos2x-\cos8x=0$$, $$\cos4x+\cos8x=0$$. - Применим формулу преобразования суммы в произведение:
$$2\cos 6x\cos 2x=0$$. - Решим совокупность уравнений:
1) $$\cos6x=0$$, откуда $$6x=\frac{\pi }{2}+\pi n$$, $$x=\frac{\pi }{12}+\frac{\pi n }{6}$$, где $$n \in Z$$;
2) $$\cos2x=0$$, откуда $$2x=\frac{\pi }{2}+\pi m$$, $$x=\frac{\pi }{4}+\frac{\pi m }{2}$$, где $$m \in Z$$. - Отбор корней:
1) если $$n=0$$, то $$x=\frac{\pi }{12}$$; если $$m=0$$, то $$x=\frac{\pi }{4}$$ и $$0<\frac{\pi }{12}<\frac{\pi }{4}$$;
2) если $$n=-1$$, то $$x=-\frac{\pi }{12}$$; если $$m=-1$$, то $$x=-\frac{\pi }{4}$$ и $$-\frac{\pi }{4}<-\frac{\pi }{12}<0$$. - Тогда разность наименьшего положительного и наибольшего отрицательного корней уравнения равна:
$$\frac{\pi }{12}+\frac{\pi }{12}=\frac{\pi }{6}$$ или $$30^{\circ}$$.
- $$n$$ рад $$=\frac{n\cdot 180^{\circ}}{\pi }$$;
- $$n^{\circ}=\frac{n\cdot \pi}{180}$$ рад.
Наименьший положительный корень уравнения $$\sqrt{3}\textrm{tg}(0,5x)=3\cos{0}$$ равен:
Если $$\textrm{tg}x=a$$ и $$a\in R$$, то $$x=\textrm{arctg}a+\pi n$$, где $$n\in Z$$.
- Выполним преобразования:
$$\sqrt{3}\textrm{tg}(0,5x)=3\cdot 1$$, $$\textrm{tg}(0,5x)=\frac{3}{\sqrt{3}}=\sqrt{3}$$.
Тогда, $$\frac{x}{2}=\textrm{arctg}\sqrt{3}+\pi n$$, $$\frac{x}{2}=\frac{\pi }{3}+\pi n$$,$$x=\frac{2\pi }{3}+2\pi n$$, где $$n\in Z$$. - Отбор корней:
при $$n=-1$$ получим $$x=\frac{2\pi }{3}-2\pi <0$$;
при $$n=0$$ получим $$x=\frac{2\pi }{3}$$ или $$x=120^{\circ}$$.
- Так как мы отбирали последовательные корни уравнения, то $$x=120^{\circ}$$ и есть его наименьший положительный корень.
- Справедливы равенства:
$$n$$ рад $$=\frac{n\cdot 180^{\circ}}{\pi }$$;
$$n^{\circ}=\frac{n\cdot \pi }{180 }$$ рад.
Количество корней уравнения $$2\sin^2(180^{\circ}+x)-3\cos(180^{\circ}-x)=0$$, принадлежащих отрезку $$[0;3\pi]$$, равно:
- Если аргумент функции имеет вид $$(180^{\circ}\pm \alpha )$$, то:
1) ставим знак исходной функции;
2) функцию переписываем;
3) $$\pi$$ отбрасываем, $$\alpha$$ переписываем. - Тригонометрическое тождество:
$$\sin^2x+\cos^2x=1$$. - Если $$\cos{x}=a$$ и $$\left |a \right |\leq 1$$, то $$x=\pm arccosa+2\pi n$$, где $$n\in Z$$.
- $$\textrm{arccos}(-\alpha )=\pi -\textrm{arccos}\alpha$$.
- Применим формулы приведения:
$$2\sin^2x+3\cos{x}=0$$.
Так как $$\sin^2x=1-\cos^2x$$, то:
$$2(1-\cos^2x)+3\cos{x}=0$$,
$$2-2\cos^2x+3\cos{x}=0$$,
$$2\cos^2x+3\cos{x}-2=0$$. - Полагая $$\cos{x}=a$$, получим:
$$2a^2-3a-2=0$$, откуда $$D=9+16=25$$, $$a_{1}=\frac{3-5}{4}=-\frac{1}{2}$$, $$a_{2}=\frac{3+5}{4}=2$$. - Решим совокупность уравнений:
1) $$\cos{x}=-\frac{1}{2}$$, откуда: $$x=\pm arccos \left (-\frac{1}{2} \right )+2\pi n$$,
$$x=\pm \left (\pi -\frac{\pi }{3} \right )+2\pi n$$, $$x= \pm \frac{2\pi }{3} )+2\pi n$$, где $$n\in Z$$;
2) $$\cos {x}=2$$, откуда $$x\in \varnothing$$. - Отбор корней на промежутке $$\left (-\pi ;2\pi \right )$$:
при $$n=0$$ получим $$x=\frac{2\pi }{3}<2\pi$$ и $$x=-\frac{2\pi }{3}>-\pi$$;
при $$n=1$$ получим $$x=\frac{2\pi }{3}+2\pi >2\pi$$ и $$x=-\frac{2\pi }{3}+2\pi=\frac{4\pi }{3}<2\pi$$;
при $$n=-1$$ получим $$x=\frac{2\pi }{3}-2\pi =-\frac{4\pi }{3}<-\pi$$ и $$x=-\frac{2\pi }{3}-2\pi<-\pi$$.
На данном промежутке уравнение имеет три корня:
$$\frac{2\pi }{3}$$, $$-\frac{2\pi }{3}$$, $$\frac{4\pi }{3}$$.
Число, противоположное наибольшему отрицательному корню уравнения $$\sqrt{3}\sin 5x-3\cos 5x=0$$, равно:
$$a\sin{x}+b\cos{x}=0$$.
- Имеем однородное уравнение. Разделим его на $$\cos5x\neq 0$$:
$$\frac{\sqrt{3}\sin5x}{\cos5x}-\frac{3\cos5x}{\cos5x}=\frac{0}{\cos5x}$$,
$${\sqrt{3}\textrm{tg}5x}-3=0$$, $$\textrm{tg}5x= \frac{3}{\sqrt{3}}$$, $$\textrm{tg}5x= \sqrt{3}$$,
откуда $$5x=\frac{\pi }{3}+\pi n$$, $$x=\frac{\pi }{15}+\frac{\pi n}{5}$$, где $$n\in Z$$. - Отбор корней:
1) при $$n=0$$ получим $$x=\frac{\pi }{15}>0$$;
2) при $$n=-1$$ получим $$x=\frac{\pi }{15}-\frac{\pi }{5}=-\frac{2\pi }{15}<0$$. - Поскольку корни последовательные, то $$x=-\frac{2\pi }{15}$$ – наибольший отрицательный корень уравнения, а число, ему противоположное, равно $$\frac{2\pi }{15}$$.
Наименьший положительный корень уравнения $$\sin 2x+\cos 2x-\sin(4\pi +4x)+\sin(1,5\pi +4x)=0$$ равен:
- $$\sin(\alpha \pm 2\pi n)=\sin\alpha$$.
- $$\sin(-\alpha)=-\sin\alpha$$.
- Если аргумент функции имеет вид $$\left (\frac{3\pi }{2}\pm \alpha \right )$$, то:
1) ставим знак исходной функции;
2) функцию меняем на кофункцию;
3) $$\frac{3\pi }{2}$$отбрасываем, $$\alpha$$ переписываем. - Формулы преобразования суммы в произведение:
$$\sin{x}-\sin{y}=2\sin \frac{x-y}{2}\cos \frac{x+y}{2}$$,
$$\cos {x}-\cos {y}=-2\sin \frac{x+y}{2}\sin \frac{x-y}{2}$$. - Если $$\sin{x}=0$$, то $$x=\pi n$$, где $$n \in Z$$.
- Учитывая период функции синус, запишем:
$$\sin(4\pi +4x)=\sin 4x$$. - По формуле приведения получим:
$$\sin(1,5\pi +4x)=-\cos 4x$$. - Уравнение примет вид:
$$\sin2x+\cos2x-\sin4x-\cos4x=0$$,
$$(\sin2x-\sin4x)+(\cos2x-\cos4x)=0$$.
Применим формулы преобразования суммы в произведение и разложим левую часть уравнения на множители:
$$2\sin(-x)\cos3x-2\sin3x\sin(-x)=0$$,
$$-2\sin{x}\cos 3x+2\sin 3x\sin{x}=0$$,
$$\sin{x}\cos{3x}-\sin{3x}\sin{x}=0$$,
$$\sin{x}(\cos 3x-\sin 3x)=0$$.
Решим совокупность уравнений:
1) $$\sin{x}=0$$, откуда $$x=\pi n$$, где $$n \in Z$$;
2) $$\cos 3x-\sin 3x=0$$, $$\textrm{tg}3x=1$$, откуда
$$3x=\frac{\pi }{4}+\pi m$$, $$x=\frac{\pi }{12}+\frac{\pi m }{3}$$, где $$m\in Z$$. - Наименьший положительный корень уравнения равен $$\frac{\pi }{12}$$.
Решая совокупность уравнений, необходимо объединять их решения.
Среднее арифметическое модулей корней уравнения $$3\sin ^{2}\frac{x}{3}+\cos\frac{2x}{3}=1,5$$, принадлежащих промежутку $$[-\pi ;\pi ]$$, равно :
- Тригонометрическое тождество:
$$\sin^{2}x+\cos^{2} x=1$$. - Формула двойного аргумента:
$$\cos{2x}=\cos^2x-\sin^2x$$. - Формула понижения степени:
$$\sin^2x=\frac{1}{2}(1-\cos 2x)$$. - Если $$\cos{x}=0$$, то $$x=\frac{\pi }{2}+\pi n$$, где $$n\in Z$$.
- По формуле двойного аргумента запишем:
$$\cos\frac{2x}{3}=\cos^2\frac{x}{3}-\sin^2\frac{x}{3}$$.
Зная, что $$\cos^2\frac{x}{3}=1-\sin^2\frac{x}{3}$$, получим:
$$\cos\frac{2x}{3}=1-\sin^2\frac{x}{3} -\sin^2\frac{x}{3} =1-2\sin^2\frac{x}{3}$$.
Тогда уравнение примет вид:
$$3\sin^2 \frac{x}{3}+1-2\sin^2\frac{x}{3} =\frac{3}{2}$$, $$\sin^2\frac{x}{3}=\frac{1}{2}$$. - Понизим степень уравнения:
$$\frac{1}{2} \left (1-\cos\frac{2x}{3} \right )=\frac{1}{2}$$.
Тогда: $$1-\cos\frac{2x}{3}=1$$, $$\cos\frac{2x}{3}=0$$, откуда
$$\frac{2x}{3}=\frac{\pi }{2}+\pi n$$, $$\frac{x}{3}=\frac{\pi }{4}+\frac{\pi n}{2}$$,
$$x=\frac{3\pi }{4}+\frac{3\pi n}{2}$$, где $$n\in Z$$. Отбор корней на промежутке $$[-\pi ;\pi ]$$:
1) при $$n=0$$ получим $$x=\frac{3\pi }{4}<\pi$$;
2) при $$n=1$$ получим $$x=\frac{3\pi }{4}+\frac{3\pi }{2}>\pi$$;
3) при $$n=-1$$ получим $$x=\frac{3\pi }{4}-\frac{3\pi }{2}=-\frac{3\pi }{4}>-\pi$$;
4) при $$n=-2$$ получим $$x=\frac{3\pi }{4}-3\pi <-\pi$$.Найдем среднее арифметическое модулей корней уравнения, принадлежащих промежутку $$[-\pi ;\pi ]$$:
$$\frac{\frac{3\pi }{4}+\frac{3\pi }{4}}{2}=\frac{3\pi }{4}$$ или $$\frac{3\cdot 180^{\circ}}{4}=3\cdot 45^{\circ}=135^{\circ}$$.
- $$\sin\frac{x}{3}=\frac{1}{\sqrt{2}}$$, откуда:
$$\frac{x}{3}=(-1)^{n}\textrm{arcsin}\frac{1}{\sqrt{2}}+\pi n$$,
$$\frac{x}{3}=(-1)^{n}\frac{\pi }{4}+\pi n$$,
$$x=(-1)^{n}\frac{3\pi }{4}+3\pi n$$; - $$\sin\frac{x}{3}=-\frac{1}{\sqrt{2}}$$, откуда:
$$\frac{x}{3}=(-1)^{n}\textrm{arcsin}\left (-\frac{1}{\sqrt{2}} \right )+\pi n$$,
$$\frac{x}{3}=(-1)^{n+1}\frac{\pi }{4}+\pi n$$,
$$x=(-1)^{n+1}\frac{3\pi }{4}+3\pi n$$.
Решение уравнения $$5\sin^2x+\cos^2x-\sin 2x=2$$ имеет вид:
- Тригонометрическое тождество:
$$\sin^2x+\cos^2x=1$$. - Формула двойного аргумента:
$$\sin 2x=2\sin{x}\cos{x}$$. - Однородным уравнение второй степени называют уравнение вида
$$a\sin^2x+b\sin{x}\cos{x}+c\cos^2x=0$$.
Разделив обе его части на $$\cos^2x\neq 0$$, получим:
$$\frac{a\sin^2x}{\cos^2x}+\frac{b\sin{x}\cos{x}}{\cos^2x}+\frac{c\cos^2x}{\cos^2x}=\frac{0}{\cos^2x}$$
или квадратное уравнение относительно $$\textrm{tg}x$$:
$$a\textrm{tg}^2x+b\textrm{tg}x+c=0$$.
Решая простейшие уравнения вида $$\textrm{tg}x=a$$, найдем значения переменной $$x$$. - Если $$\textrm{tg}x=a$$, $$a\in R$$, то $$x=\textrm{arctg}a+\pi n$$, где $$n\in Z$$.
- По формуле двойного аргумента запишем:
$$\sin2x=2\sin{x}\cos{x}$$. - Умножая тождество $$\sin^2x+\cos^2x=1$$ на $$2$$, получим:
$$2\sin^2x+2\cos^2x=2$$. - Уравнение примет вид:
$$5\sin^2x+\cos^2x-2\sin{x}\cos{x}=2\sin^2x+2\cos^2x$$,
$$3\sin^2x-\cos^2x-2\sin{x}\cos{x}=0$$. - Разделив обе его части на $$\cos^2x\neq 0$$, получим:
$$3\textrm{tg}^2x-2\textrm{tg}x-1=0$$, откуда
$$D=4+12=16$$, $$\textrm{tg}x=\frac{2-4}{6}=-\frac{1}{3}$$ и $$\textrm{tg}x=\frac{2+4}{6}=1$$.
Тогда, $$x=-\textrm{arctg}\frac{1}{3}+\pi n$$ и $$x=\frac{\pi}{4} +\pi m$$, где $$n\in Z$$, $$m\in Z$$.
Уравнение $$\textrm{tg}x=a$$ всегда имеет решение, так как $$a \in R$$.
Решение уравнения $$\sin \left (\frac{\pi }{6}-x \right )=1$$ имеет вид:
- $$\sin(-\alpha )=-\sin \alpha$$.
- Если $$\sin{x}=-1$$, то $$x=-\frac{\pi }{2}+2\pi n$$, где $$n\in \textrm{Z}$$.
Запишем уравнение в виде:
$$-\sin \left (x-\frac{\pi }{6} \right )=1$$, $$\sin \left (x-\frac{\pi }{6} \right )=-1$$.
Тогда, $$x-\frac{\pi }{6} =-\frac{\pi }{2} +2\pi n$$,
$$x=-\frac{\pi }{2}+\frac{\pi }{6}+2\pi n$$,
$$x=-\frac{\pi }{3}+2\pi n$$, где $$n\in Z$$.
Следовательно, $$n$$ рад $$=\frac{n\cdot 180^{\circ}}{\pi }$$, $$n^{\circ}=\frac{n\cdot \pi }{180 }$$ рад.
Сумма наибольшего отрицательного и наименьшего положительного корней уравнения $$5\cos(60^{\circ}-2x)=0$$ равна:
- $$\cos(-\alpha )=\cos \alpha$$.
- Если $$\cos{x}=0$$, то $$x=\frac{\pi }{2}+\pi n$$, где $$n\in Z$$.
- Запишем уравнение в виде:
$$\cos(2x-60^{\circ})=0$$.
Тогда: $$2x-60^{\circ}=90^{\circ}+180^{\circ}n$$,
$$2x=150^{\circ}+180^{\circ}n$$, $$x=75^{\circ}+90^{\circ}n$$, где $$n\in Z$$. - Найдем два последовательных корня уравнения:
1) при $$n=-1$$, $$x=75^{\circ}-90^{\circ}=-15^{\circ}$$;
2) при $$n=0$$, $$x=75^{\circ}$$. - Найдем сумму наибольшего отрицательного и наименьшего положительного корней уравнения: $$-15^{\circ}+75^{\circ}=60^{\circ}$$.
- $$\pi$$ рад $$=180^{\circ}$$;
- $$\frac{\pi }{2}$$ рад $$=90^{\circ}$$.
