Тема 13. Решение уравнений

13.04 Тригонометрические: сведение к квадратному или кубическому уравнению

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела решение уравнений
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#1722

a) Решите уравнение

cos4x + cos(4x) − 0,5sin2(2x) + 15 sin2 x + sin4 x = 5cos2 x + 1.

б) Найдите все его корни, принадлежащие промежутку (0;π)  .

Показать ответ и решение

ОДЗ: x  – произвольное. Решим на ОДЗ:

а) Используя формулу для косинуса двойного угла, исходное уравнение можно переписать в виде:

   4          2          4         2                 2         2
cos x − 0,5sin (2x) + sin x + (2cos (2x ) − 1) + 15 sin x − 5cos  x − 1 = 0.

Используя формулу для синуса двойного угла, полученное уравнение можно переписать в виде:

   4         2      2       4          2                 2         2
cos  x − 2sin x ⋅ cos x + sin x + (2 cos (2x) − 1) + 15 sin x − 5 cos x − 1 = 0.

Так как    2           2       2  2      4         2      2       4
cos (2x) = (cos x − sin x ) = cos  x − 2sin x ⋅ cos x + sin x  , то последнее уравнение можно переписать в виде:

   cos2(2x) + (2cos2(2x) − 1) + 15sin2 x − 5cos2x − 1 =  0 ⇔
       2            2          2         2
⇔  3cos (2x) + 10 sin  x + (5sin x − 5 cos x) − 2 = 0 ⇔
⇔  3cos2(2x) + (5sin2x − 5 cos2x ) + (10 sin2 x − 5) + 5 − 2 = 0.

Используя формулы для косинуса двойного угла, последнее уравнение можно переписать в виде:

3cos2(2x) − 10 cos(2x ) + 3 = 0.

Полученное уравнение представляет собой квадратное уравнение относительно cos(2x )  .

Сделаем замену cos(2x) = t  , тогда уравнение примет вид

3t2 − 10t + 3 = 0.
Его дискриминант D =  100 − 36 = 64  , тогда        10 ± 8
t1,2 =  -------
         6  , откуда t1 = 3  ,      1
t2 = --
     3  , следовательно,
cos(2x ) = 3  или cos(2x) = 1-
          3  .

Так как cos(2x) ≤ 1  , то cos(2x ) = 3  быть не может, следовательно, cos(2x) = 1-
          3  .

 

Уравнение cosy = a  имеет решения y = ±arccosa + 2 πk  , где k ∈ ℤ  , следовательно,   уравнение cos(2x ) = 1-
          3  имеет решения, для которых выполнено 2x =  ±arccos 1+  2πk
              3  , где k ∈ ℤ  , тогда

       1        1
x =  ± -⋅ arccos--+ πk, k ∈ ℤ.
       2        3

 

б)

0 < 1-⋅ arccos 1+ πk < π    ⇔    − 1-⋅ arccos1-< πk < π − 1-⋅ arccos1   ⇔
    2         3                    2        3             2        3
   1         1            1         1
− --- ⋅ arccos-< k <  1 − ---⋅ arccos-
  2 π        3            2π        3

Так как       1-
arccos3 ∈ (0;π)  , то    -1-        1-
−  2π ⋅ arccos 3 ∈ (− 0,5; 0)  . При этом k ∈ ℤ  , следовательно, среди этих решений подходит только решение при k =  0  :     1        1
x = 2-⋅ arccos3  .

0 < − 1-⋅ arccos1-+ πk < π   ⇔     1-⋅ arccos1-< πk < π + 1-⋅ arccos1   ⇔
      2        3                   2        3             2        3
1         1            1         1
---⋅ arccos-< k <  1 + ---⋅ arccos-
2π        3            2π        3

Так как       1-
arccos3 ∈ (0;π)  , то -1-        1-
2π ⋅ arccos3 ∈ (0;0,5)  . При этом k ∈ ℤ  , следовательно, среди этих решений подходит только решение при k =  1  :         1         1
x = π − --⋅ arccos--
        2         3  .

Ответ:

а)    1        1
±  --⋅ arccos-+ πk
   2        3  , где k ∈ ℤ  .

б) 1⋅ arccos1-
2        3  , π − 1-⋅ arccos 1
    2         3  .

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!