Тригонометрия
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Первое решение. Распишем косинус двойного угла
Получаем уравнения вида , где
Исследуем функцию
Вторая производная положительна при любом , следовательно первая производная — монотонно возрастающая функция. Тогда имеет не больше одного решения. Точка подходит. Также заметим, что при и при . А значит возрастает при и убывает при . Кроме того, функция четна.
Тогда уравнение может иметь решение только в случаях или . Решив эту совокупность, получим
Второе решение.
Левую часть уравнения преобразуем по формуле разности косинусов, правую — по формуле косинуса двойного аргумента:
В правой части применим формулу разности квадратов и введём обозначения:
Тогда наше уравнение запишется в виде
Перенесём всё в правую часть и вынесем множитель
Ясно, что выражение в скобках строго больше 1 в виду неравенства
Значит, при уравнение решений не имеет, то есть оно может иметь решения только при или
Проверяем эти значения подстановкой в уравнение и убеждаемся, что при этих значениях уравнение верно.
Делаем обратную замену и получаем ответ
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Подсказка 1
В условии дано тригонометрическое уравнение с какими-то страшными аргументами тригонометрических функций, формулы тут не поприменяешь, к сожалению. В таких случаях обычно принято использовать метод оценки. Попробуйте воспользоваться им.
Подсказка 2
Давайте умножим наше уравнение на cos(3x). Что можно сказать про решения нашего уравнения, если вспомнить про ограничения на синус и на косинус?
Подсказка 3
Синус и косинус принимают значения от -1 до 1. Значит, произведение синуса на косинус будет равно 1 только в случаях, когда синус и косинус равны 1, а также когда синус и косинус равны -1 одновременно.
Подсказка 4
Рассмотрим решения cos(3x) = ±1, x = πk/3. Подставив данную серию решений в уравнение с синусом равном ±1, найдите все подходящие k.
Подсказка 5
После подстановки получается выражение 88π²*3/πk = π/2 + πn, преобразовав, получим: 3*8*11 / k = 1/2 + n. Обратите внимание, что в правой части уравнения стоит целое число с одной второй, значит, слева тоже должно быть целое число + одна вторая. Какие k подходят под данное условие?
Подсказка 6
Так как нам необходимо, чтобы получилась именно 1/2 + какое-то целое в левой части уравнение, то на место k подойдут все такие целые числа, которые при сокращении с числителем будут оставлять в знаменателе 2.
Подсказка 7
То есть, каждое k делится на какой-то набор нечетных делителей числителя и еще на 16. Получается, что все k будут четными, значит, cos(3x) может равняться только 1. Остается отобрать такие пары k и n, что sin(88π²*3/x) = 1, x = π/2 + πn.
Домножим на
Так как , равенство возможно только в случаях
Уравнение имеет решения . Подставив эту серию в , получаем
Тогда может принимать только следующие значения
Так как все получившиеся четны, . Выберем из получившихся пар такие, что То есть те, где четно.
или при
или при
или при
или при
Подставляя в
получаем ответ.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Что больше:
Подсказка 1
Мы видим схожие по структуре аргументы в синусах. Давайте поймём, что если мы сделаем замену на t = pi/14, то у нас получится функция от t, для которой надо доказать, что она всегда больше нуля (или меньше нуля, ведь мы узнаем это только после исследования функции).
Подсказка 2
Тогда, нам нужно исследовать функцию 16sin^3(t) + 8sin^2(t) - 7sin(t) + 1. Видно, что здесь просится замена sint = z. Что тогда можно сказать про этот кубический многочлен после замены и анализа?
Подсказка 3
Верно, можно заметить, что он равен (z + 1)(4z - 1)^2. Значит, при z >= -1(а именно такой синус) наш многочлен больше или равен 0, и в точке sin(pi/14) у нас не достигается равенство(нетрудно проверить). Какой тогда ответ мы получили?
Пусть тогда требуется сравнить и Будем сравнивать с их разницу:
Пусть Тогда исследуем следующую функцию на отрезке
Заметим, что значит разделим на Тогда получим, что
Несложно заметить, что на причем лишь при и Тогда Значит разность имеет такой же знак, значит первое число больше.
Замечание. Желательно проверить, что Это легко делается, так как
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Подсказка 1
Арктангенс — обратная функция от тангенса, поэтому, ровно как мы нередко логарифмируем в уравнениях, мы можем взять тангенс от обеих частей и получить следствие (заметьте, что это будет неравносильный переход).
Подсказка 2
Если взять тангенс от обеих частей, то можно раскрыть тангенс от суммы арктангенсов. При этом это будет равно tg(x). Тогда слева у нас получится 7, а справа tg(x). Тогда понятно какие значения может принимать х. Остается понять, подходят ли эти значения или нет. Как можно понять, подходят ли? Мы можем посмотреть на то, почему переход взятия тангенса неравносилен и на какие случаи он разбивается.
Подсказка 3
Он неравносилен, так как если tgx = tgy, то либо x = y, либо x = y + pi, то есть, так как у нас все происходит на интервале от -pi до pi, то по сути, нам надо проверить, что при подстановке наших корней, знак левой и правой части будет одинаковый. Это уже чисто техническая задача, при решении которой нужно просто грубо оценивать arctg7.
Посчитаем
Тогда для корня уравнения . При этом так как , получаем .
Откуда получаем, что кандидатами в корни могут быть только и . Покажем, что они подходят: для этого достаточно проверить, что при подстановке этих значений левая часть примет тот же знак, что и правая. (Так как левая часть всегда равна или )
Для имеем
так как для в силу того, что .
А также
Для имеем
так как
А также
потому что
Значит, оба этих значения — корни.
и
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Пары чисел связаны соотношениями
Найти наибольшее возможное значение величины .
Источники:
Подсказка 1
Когда видишь выражение с тригонометрией и дробями, то становится страшно. Но от одного из этого точно можно избавиться и записать систему из трёх уравнений.
Подсказка 2
Уравнения всё ещё не выглядят красиво, но может, тогда их получится разложить на множители?
Подсказка 3
В знаменателях первой и второй дроби есть одинаковое выражение в виде разности некоторого синуса и некоторого косинуса. После домножения на знаменатель это разность может стать одним из множителей. А ещё совсем нетрудно раскладывается на множители выражение получаемое из равенства первой и третей дробей (вспомните про разность квадратов).
Подсказка 4
Тогда получается 4 случая. 3 из них нетрудные. Но случай, когда в обоих выражениях sin2x + cosy + 1 = 0, не так прост. Искомое выражение удобно было бы свести к виду "число = квадрат какого-то выражения", так как это даёт нам хорошую оценку из-за неотрицательности квадрата.
Преобразуем равенство первого и второго выражений (домножим на знаменатели, приведём подобные и разложим на множители):
Аналогично сделаем с равенством первого и третьего выражений:
Рассмотрим случая:
и . В этом случае .
и , тогда и .
и . Тогда , что невозможно.
. Запишем как . Теперь вместо подставим и преобразуем: . Видно, что максимум равен и он достигается при . Осталось заметить, что не зануляют знаменатели в изначальных равенствах.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Дана последовательность:
Найдите наименьшее значение выражения
Источники:
Подсказка 1
Даны косинусы углов в градусах. Мы же знаем, что косинус — периодичная функция с периодом 360 градусов. Попробуем заметить что-нибудь, связанное с периодичностью косинуса, про аргументы двух соседних членов последовательности, то есть 10^n и 10^(n+1).
Подсказка 2
После того, как мы поняли, что из себя представляют а_2023 и а_2024, осталось преобразовать выражение с x по известным тригонометрическим формулам. В этот момент уже будет понятно, как искать наименьшее значение, ведь тригонометрические функции принимают ограниченные значения.
Посмотрим на разность градусных мер углов у соседних членов последовательности:
Если то эта разность делится на 360. Тогда косинусы равны, то есть
Преобразуем по известным тригонометрическим формулам:
Теперь подставим в искомое выражение:
Наименьшее значение косинуса, как известно, равно
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите систему:
Тогда и . Отсюда и
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Решим первое уравнение
Учтём, что получим
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Решим сначала первый случай
Проверим условие из системы
Следовательно, в этом случае подходит только
Теперь решим второй случай
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Воспользуемся основным тригонометрическим тождеством
Сделаем замену тогда получим
По теореме Виета корнями будут и делаем обратную замену
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите систему:
Пусть . Тогда . Возведем в квадрат оба уравнения и сложим их:
Отсюда
Тогда из системы
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Представим 2 в правой части как . Получим:
1 случай.)
Тогда . Подставим это в получившееся уравнение:
Получаем противоречие, решений нет.
2 случай.)
Разделим обе части уравнения на .
Сделаем замену .
Решив квадратное уравнение, получим следующие корни:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
По формуле суммы косинусов получаем уравнение
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
По формуле произведения косинусов получаем
По формуле разности косинусов получаем
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите значение выражения
Подсказка 1
Углы не табличные, значит, нужно как-то избавляться от sin(141°) и cos(129°)
Подсказка 2
Нам помогут формулы приведения! Заметим, что 141 = 270 - 129, теперь мы можем применить соответствующую формулу!
По формулам приведения имеем:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Сразу посчитаем правую часть:
Оценим левую часть:
Подытожим оценку:
Тогда наше равенство равносильно системе, так как, чтобы уравнение было верным, все неравенства должны стать равенствами:
Заметим, что из второго уравнения системы следует первое:
Значит, все условия в системе соблюдаются при
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Уравнение равносильно следующей системе
Отсюда получаем
То есть или и тогда подставляя в , получаем
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Выразим по основному тригонометрическому тождеству
Но , поэтому уравнение не имеет решений. Итого получаем
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Решите уравнение
Применим формулу двойного угла
Заметим, что , поэтому второе уравнение не имеет решений. Решением первого уравнения являются точки