Тема . Классические неравенства

Неравенство КБШ для наборов, КБШ для дробей (неравенство Седракяна)

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

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#86471

Найдите все пары чисел (x;y)  , удовлетворяющие уравнению

(cosx +cosy)(sinx+ siny)= 2
Подсказки к задаче

Подсказка 1

У нас уже итак довольно простое выражение, поэтому раскрывать скобки не очень-то хочется. Вам не кажется, что сейчас грех не воспользоваться формулами суммы синусов и суммы косинусов?

Подсказка 2

После применения формул слева появляются множители sin((x+y)/2) и cos((x+y)/2), которые так и просят собрать их по формуле синусa двойного угла. После привидения и сокращения одинаковых множителей слева и справа какую интересную картинку можно увидеть?

Подсказка 3

Слева у нас остается sin(x+y)*cos²((x-y)/2), а справа 1. Сразу напрашивается метод оценки, т.к. множители слева по модулю не превосходят 1. Выпишите, когда произведение наших множители слева обращается в 1, и доведите решение до конца!

Показать ответ и решение

Первое решение.

По формулам суммы косинусов и синусов уравнение равносильно

    x+ y   x− y    x +y   x− y
2cos -2--cos -2--⋅2sin--2-cos--2- =2

По формуле синуса двойного угла это превращается в

sin(x+ y)⋅cos2 x−2-y= 1

Так как 0≤ cos2 x−2y ≤1  и − 1 ≤sin(x+ y)≤ 1,  то левая часть уравнения не превосходит 1. А равенство достигается лишь в случае

{
  sin(x+ y)=1
  cos2 x−2y =1

{  x+ y = π+ 2πn,n ∈ℤ
   x− y = 22πm, m∈ ℤ

(|{ x = π4 + π(n +m ),
  y = π4 + π(n − m ),
|( n ∈ℤ,m ∈ℤ

(
|{ x= π4 + πk +2πm,
| y = π4 +πk,
( k∈ ℤ,m ∈ℤ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Второе решение.

Раскроем скобки в левой части:

(cosx+ cosy)(sinx +sin y)= (cosxsinx+ cosxsiny +cosysinx+ cosy siny)

Применим неравенство Коши-Буняковского-Шварца для векторов из 4  чисел:

a= (cosx,siny,sin x,cosy),b= (sin x,cosx,cosy,sin y)

Получим:

(a,b)=(cosxsinx+ cosxsiny+ cosysinx +cosysiny)≤

        ∘ ----------------------∘ -----------------------
≤ |a|⋅|b|=  cos2x +sin2y +sin2x+ cos2y  sin2x+ cos2x+ cos2y+ sin2y = 2

Но левая часть неравенства равна 2  по условию. Значит, в неравенстве КБШ левая и правая части равны для x,y,  удовлетворяющих условию задачи.

Как известно, равенство в КБШ достигается, когда векторы коллинеарны, то есть для некоторого k

(|| cosx= ksinx
||{ sinx =k cosy
|| cosy = ksiny
||( siny =k cosx

Последовательно подставляя, уравнения системы получим:

            2       3      4
cosx= ksinx = kcosy = k siny = k cosx

Откуда либо cosx =0  , тогда siny =cosy = cosx =0,  что противоречит основному тригонометрическому тождеству 0 =sin2x +cos2x ⁄=1.

Либо k4 = 1  , то есть k =±1  .

В случае k= −1  получится система:

(|| cosx =− sinx
||{ sinx =− cosy
|| cosy =− siny
||( siny =− cosx

Подставим cosy = − siny  во второе уравнение системы и cosx= − sinx  в четвёртое

(
||| cosx =− sinx
|{ sinx =sin y
||| cosy =− siny
|( siny =sin x

Нетрудно проверить, что в таком случае

(cosx+ cosy)(sinx +sin y) =−2

что не подходит под условие задачи.

В случае k= 1  получится система:

(
||||  cosx =sin x
{  sinx= cosy
||||  cosy = siny
(  siny = cosx

Которая имеет решения

(π4 +πk+ 2πm;π4 +πk),k,m ∈ ℤ
Ответ:

 (π +πk +2πm;π + πk), k,m ∈ℤ
 4          4

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!