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

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#126015

При каких целых n  функция f(x)= sin(nx)⋅cos 6x
              n+1  имеет период T = 5π?

Источники: Росатом - 2020, 11.2 (см. olymp.mephi.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

В начале вспомним, как записать требуемое условие через уравнение. Отлично, нужно решить его в целых n. Может, разобрать по случаям, на какие группы можно поделить все целые числа?

Подсказка 2

Одно из простых разбиений целых чисел — на чётные и нечётные. Случаи аналогичны, но различия будут в знаках. Нам надо бы упростить выражения, и мы знаем, что синусы — периодические функции.

Подсказка 3

У нас получились 2 уравнения (в зависимости от чётности), где произведения синусов (или синусов на косинусы) равняется нулю. Почему же решений не бесконечное количество? Вспомним, что у нас решения в целых числах для n и мы можем столкнуться с иррациональности из-за π!

Показать ответ и решение

Хотим доказать, что

             (6(x+5π))          ( -6x-)
sin(nx+ 5πn)cos   n+ 1   =sin(nx)cos  n+ 1

Иначе говоря,

f(x+ 5π)=f(x)

При n =0  равенство выполняется:

sin(0)cos(6x +30π)= sin(0)cos(6x)

Сначала рассмотрим четные n.  Будет верно, что

sin(nx +5πn)= sin(nx)

Тогда исходное уравнение примет вид

        (       )          (     )
sin(nx)cos 6(x+-5π)  − sin(nx)cos -6x- = 0
           n+ 1              n+ 1

sin(nx)(cos(-6x-) − cos(6x+-30π)) =0
          n +1         n+ 1

         ( 6x +15π)    ( 15π )
2sin(nx)⋅sin  -n+-1-- ⋅sin n-+1  = 0

Рассмотрим нули первого синуса:

sin(nx)= 0

nx =πk,k∈ ℤ

x =-k,k ∈ℤ
π  n

Рассмотрим нули второго синуса:

   (6x+-15π-)
sin   n +1   = 0

     6x+ 15π
πm = -n-+1--,m ∈ ℤ

x = m(n+-1)−-15,m ∈ℤ
π       6

Для них отношение xπ  — рационально. Отсюда следует, что существует такое значение x,  для которого рассматриваемые функции не обращаются в 0 (достаточно взять x= πy,  где y  — иррациональное число). Следовательно, условие задачи равносильно

  ( 15π )
sin n-+1  = 0

Тогда

πm = -15π,m ∈ℤ
    n +1

m = -15-,m∈ ℤ
    n+ 1

Так как m  — целое, n+ 1  должно быть нечетным делителем числа 15

n+ 1∈{1;−1;3;−3;5;− 5;15;−15}

n ∈{0;− 2;2;−4;4;−6;14;−16}

Рассмотрим нечетные n.  Будет верно, что

sin(nx+ 5πn)= − sin(nx)

          (6(x+5π))          (  6x  )
− sin(nx)cos --n+-1-  − sin(nx)cos n+1- = 0

     (   (    )     (       ))
sin(nx) cos -6x-  +cos 6x+-30π   =0
          n +1         n+ 1

          ( 6x-+15π)    (-15π)
2sin(nx)⋅cos   n+ 1   ⋅cos n +1  = 0

Аналогично случаю с четными n,  если x
π  — иррационально, то значение x  не является нулем первых двух функций, входящих в произведение в левой части последнего равенства. Поэтому равенство равносильно

   ( 15π)
cos n-+1  = 0

-15π- = π(2m-+1),m ∈ℤ
n+ 1      2

-30-
n +1 = 2m + 1,m ∈ ℤ

n+ 1∈ {2;−2;6;− 6;10;− 10;30;− 30}

n∈ {1;−3;5;− 7;9;−11;29;−31}

Осталось объединить полученные значения n:

n ∈{−31;−16;−11;−7;−6;− 4;−3;−2;0;1;2;4;5;9;14;29}
Ответ:

 n ∈{−31;−16;−11;−7;−6;− 4;−3;−2;0;1;2;4;5;9;14;29}

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!