Онлайн отбор корней

Отбор корней в тригонометрическом уравнение

В этой статье и постараюсь объяснить 2 способа отбора корней в тригонометрическом уравнение: с помощью неравенств и с помощью тригонометрической окружности. Перейдем сразу к наглядному примеру и походу дела будем разбираться.

а) Решить уравнение sqrt(2)cos^2x=sin(Pi/2+x)
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку [-7Pi/2; -2Pi]

Решим пункт а.

Воспользуемся формулой приведения для синуса sin(Pi/2+x) = cos(x)

sqrt(2)cos^2x — cosx = 0

cosx(sqrt(2)cosx — 1) = 0

x1 = Pi/2 + Pin, n ∈ Z

sqrt(2)cosx — 1 = 0

x2 = arccos(sqrt(2)/2) + 2Pin, n ∈ Z
x3 = -arccos(sqrt(2)/2) + 2Pin, n ∈ Z

x2 = Pi/4 + 2Pin, n ∈ Z
x3 = -Pi/4 + 2Pin, n ∈ Z

Решим пункт б.

1) Отбор корней с помощью неравенств

Здесь все делается просто, полученные корни подставляем в заданный нам промежуток [-7Pi/2; -2Pi], находим целые значения для n.

-7Pi/2 меньше или равно Pi/2 + Pin меньше или равно -2Pi

Сразу делим все на Pi

-7/2 меньше или равно 1/2 + n меньше или равно -2

-7/2 — 1/2 меньше или равно n меньше или равно -2 — 1/2

-4 меньше или равно n меньше или равно -5/2

Целые n в этом промежутку это -4 и -3. Значит корни принадлежащие этому промежутку буду Pi/2 + Pi(-4) = -7Pi/2, Pi/2 + Pi(-3) = -5Pi/2

Аналогично делаем еще два неравенства

-7Pi/2 меньше или равно Pi/4 + 2Pin меньше или равно -2Pi
-15/8 меньше или равно n меньше или равно -9/8

Целых n в этом промежутке нет

-7Pi/2 меньше или равно -Pi/4 + 2Pin меньше или равно -2Pi
-13/8 меньше или равно n меньше или равно -7/8

Одно целое n в этом промежутку это -1. Значит отобранный корень на этом промежутку -Pi/4 + 2Pi*(-1) = -9Pi/4.

Значит ответ в пункте б: -7Pi/2, -5Pi/2, -9Pi/4

2) Отбор корней с помощью тригонометрической окружности

Чтобы пользоваться этим способом надо понимать как работает эта окружность. Постараюсь простым языком объяснить как это понимаю я. Думаю в школах на уроках алгебры эта тема объяснялась много раз умными словами учителя, в учебниках сложные формулировки. Лично я понимаю это как окружность, которую можно обходить бесконечное число раз, объясняется это тем, что функции синус и косинус периодичны.

Обойдем раз против часовой стрелки

Обойдем 2 раза против часовой стрелки

Обойдем 1 раз по часовой стрелки (значения будут отрицательные)

Вернемся к нашем вопросу, нам надо отобрать корни на промежутке [-7Pi/2; -2Pi]

Чтобы попасть к числам -7Pi/2 и -2Pi надо обойти окружность против часовой стрелки два раза. Для того, чтобы найти корни уравнения на этом промежутке надо прикидывать и подставлять.

Рассмотри x = Pi/2 + Pin. Какой приблизительно должен быть n, чтобы значение x было где-то в этом промежутке? Подставляем, допустим -2, получаем Pi/2 — 2Pi = -3Pi/2, очевидно это не входит в наш промежуток, значит берем меньше -3, Pi/2 — 3Pi = -5Pi/2, это подходит, попробуем еще -4, Pi/2 — 4Pi = -7Pi/2, также подходит.

Рассуждая аналогично для Pi/4 + 2Pin и -Pi/4 + 2Pin, находим еще один корень -9Pi/4.

Сравнение двух методов.

Первый способ (с помощью неравенств) гораздо надежнее и намного проще для пониманию, но если действительно серьезно разобраться с тригонометрической окружностью и со вторым методом отбора, то отбор корней будет гораздо быстрее, можно сэкономить около 15 минут на экзамене.

Теория: Простейшие тригонометрические уравнения и отбор корней

Решите уравнение (displaystyle sin(5x)=frac><2>) и выберите корень на отрезке (displaystyle left[-frac<6>;, frac<4>right])

Если корней несколько, то в ответе запишите их сумму.

Для любого числа (displaystyle -1le a le 1) тригонометрическое уравнение (displaystyle sin x =a) имеет следующие решения:

(displaystyle x_1=arcsin(a)+2pi n, , nin mathbb< small ,>)

(displaystyle x_2=pi-arcsin(a)+2pi n, , nin mathbb)

Таким образом, уравнение (displaystyle sin(5x)=frac><2>) имеет решения

(displaystyle 5x_1=arcsinleft(frac><2>right)+2pi n, , nin mathbb< small ,>)

(displaystyle 5x_2=pi-arcsinleft(frac><2>right)+2pi n, , nin mathbb)

Так как (displaystyle arcsinleft(frac><2>right)=frac<4>< small ,>) то

(displaystyle 5x_1=frac<4>+2pi n, , nin mathbb< small ,>)

(displaystyle 5x_2=pi-frac<4>+2pi n, , nin mathbb)

Преобразуем каждое равенство.

Разделим обе части на (displaystyle 5< small :>)

(displaystyle x_1=frac<4>cdot frac<1><5>+2pi ncdot frac<1><5>, , nin mathbb< small ,>)

Преобразуем второе равенство:

(displaystyle 5x_2=pi-frac<4>+2pi n, , nin mathbb< small ,>)

(displaystyle 5x_2=frac<3pi><4>+2pi n, , nin mathbb)

Разделим обе части на (displaystyle 5< small :>)

(displaystyle x_2=frac<3pi><4>cdot frac<1><5>+2pi ncdot frac<1><5>, , nin mathbb< small ,>)

Далее выберем корни на отрезке (displaystyle left[-frac<6>;, frac<4>right])

Мы ищем целые значения (displaystyle n) такие, что

Разделим неравенство на положительное число (displaystyle pi)

Вычтем из всех частей неравенств (displaystyle frac<1><20>)

Чтобы выделить (displaystyle n< small ,>) разделим неравенства на (displaystyle frac<2><5>)

Таким образом, нам надо найти все целые числа в промежутке от (displaystyle -frac<13><24>) до (displaystyle frac<1><2>)

Единственное целое число в этом промежутке – это ноль, то есть (displaystyle n=0)

Подставляя (displaystyle n=0) в (displaystyle frac<20>+frac<2pi><5>n< small ,>) получаем:

Мы ищем целые значения (displaystyle n) такие, что

Разделим неравенство на положительное число (displaystyle pi)

Вычтем из всех частей неравенств (displaystyle frac<3><20>)

Чтобы выделить (displaystyle n) разделим неравенства на (displaystyle frac<2><5>)

Таким образом, нам надо найти все целые числа в промежутке от (displaystyle -frac<19><24>) до (displaystyle frac<1><4>)

Единственное целое число в этом промежутке – это ноль, то есть (displaystyle n=0)

Подставляя (displaystyle n=0) в (displaystyle frac<3pi><20>+frac<2pi><5>n< small ,>) получаем:

Таким образом, уравнение (displaystyle sin(5x)=frac><2>) на отрезке (displaystyle left[-frac<6>;, frac<4>right]) имеет два решения:

Тригонометрические уравнения

Тригонометрическое уравнение – уравнение, содержащее переменную (x) в аргументе одной или нескольких тригонометрических функций: синус, косинус, тангенс, котангенс.

(bullet) Стандартные тригонометрические уравнения:
[begin hline text <Уравнение>& text <Ограничения>& text<Решение>\ hline &&\ sin x=a & -1leq aleq 1 & left[ begin begin &x=arcsin a+2pi n\ &x=pi -arcsin a+2pi m end end right. , n,min mathbb\&&\ hline &&\ cos x=a & -1leq aleq 1 & x=pm arccos a+2pi n, nin mathbb\&&\ hline &&\ mathrm, x=a & ain mathbb & x=mathrm, a+pi n, nin mathbb\&&\ hline &&\ mathrm,x=a & ain mathbb & x=mathrm, a+pi n, nin mathbb\&&\ hline end]

(bullet) Таблица синусов, косинусов, тангенсов и котангенсов:
[ <|c|c|c|c|c|c|>hline &&&&&\[-17pt] & quad 0 quad (0^ circ)& quad dfrac6 quad (30^circ) & quad dfrac4 quad (45^circ) & quad dfrac3 quad (60^circ)& quad dfrac2 quad (90^circ) \ &&&&&\[-17pt] hline sin & 0 &frac12&frac2&frac2&1\[4pt] hline cos &1&frac2&frac2&frac12&0\[4pt] hline mathrm &0 &frac3&1&sqrt3&infty\[4pt] hline mathrm &infty &sqrt3&1&frac3&0\[4pt] hline end>>]

(bullet) Основные формулы приведения:

[begin &sin left(dfrac2pm xright)=cos x\[2pt] &sin (pipm x)=mp sin x\[2pt] &cos left(dfrac2 pm xright)=pm sin x\[2pt] &cos(pi pm x)=-cos x end]

Формулы приведения для тангенса и котангенса легко вывести, зная, что [mathrm,x=dfrac quad text <и>quad mathrm,x= dfrac]

(bullet) Четность косинуса и нечетность синуса, тангенса и котангенса:

Решите уравнение [sin alpha=1]

В ответе укажите наименьший положительный корень уравнения, деленный на (pi) .

Данное уравнение равносильно серии корней [alpha=dfrac2+2pi n,qquad ninmathbb.] Найдем положительные корни уравнения, решив неравенство: [dfrac2+2pi n>0quadLeftrightarrowquad n>-dfrac14 quadRightarrow] наименьшее подходящее целое (n) — это (n=0) , при котором получается (alpha=dfrac2) .
Следовательно, в ответ пойдет [dfrac2divpi=dfrac12=0,5.]

Решите уравнение [sin y=0]

В ответе укажите целый корень уравнения.

Данное уравнение равносильно серии корней [y=pi n, qquad ninmathbb.] Заметим, что единственный целый корень из этой серии получается при (n=0) и это (y=0) (все остальные корни будут вида целое число умножить на (pi) , что является иррациональным числом).

Решите уравнение [mathrm, pi x=0]

В ответе укажите наименьший положительный корень.

Данное уравнение равносильно [pi x=dfrac2+pi nquadLeftrightarrowquad x=dfrac12+n, quad ninmathbb.] Найдем положительный корень, решив неравенство [dfrac12+n>0quadLeftrightarrowquad n>-dfrac12quadRightarrow] наименьшее (n=0) , откуда (x=dfrac12) .

Решите уравнение [mathrm, dfrac x6=sqrt3]

В ответе укажите наименьший корень, принадлежащий отрезку ([0;2pi]) , деленный на (pi) .

Данное уравнение равносильно [dfrac x6=dfrac3+pi nquadLeftrightarrowquad x=2pi+6pi n, qquad ninmathbb.] Корни, принадлежащие отрезку ([0;2pi]) , найдем, решив неравенство: [0leqslant 2pi+6pi nleqslant 2piquadLeftrightarrowquad -dfrac13leqslant nleqslant 0] Целое (n) , принадлежащее отрезку (left[-frac13;0right]) , это (n=0) . Следовательно, корень (x=2pi) . Следовательно, в ответ пойдет (2) .

Решите уравнение [sin x=dfrac2]

В ответе укажите наименьший положительный корень, принадлежащий первой четверти, деленный на (pi) .

Данное уравнение равносильно [x_1=dfrac4+2pi nquad >> quad x_2=dfrac<3pi>4+2pi m,quad n,minmathbb.]

Видим, что в первой четверти лежит только серия (x_1=dfrac4+2pi n) . Найдем наименьший положительный корень, решив неравенство: [dfrac4+2pi n>0 quadLeftrightarrowquad n>-dfrac18 quadRightarrow] наименьшее целое (n=0) , при котором получаем корень (x=dfrac4) . Следовательно, в ответ запишем (dfrac4div pi=dfrac14=0,25.)

Найдите корень уравнения [sin <9>xbiggr)> = dfrac<1><2>.] Если уравнение имеет более одного корня, в ответе укажите меньший из его положительных корней.

ОДЗ: (x) – произвольное. Решим на ОДЗ:

Решение уравнения (sin x = a) имеет вид: (x_1 = mathrm, a + 2pi n, x_2 = pi — mathrm, a + 2pi n, n in mathbb) , откуда для исходного уравнения получаем [dfrac <9>x_1 = dfrac <6>+ 2pi n, n in mathbb, qquad dfrac <9>x_2 = pi — dfrac <6>+ 2pi n, n in mathbb,] что равносильно (x_1 = 1,5 + 18n, n in mathbb) , (x_2 = 7,5 + 18n, n in mathbb) – подходят по ОДЗ. Среди корней наименьший положительный (x = 1,5) .

Решите уравнение [mathrm, dfrac x3=1]

В ответе укажите произведение наибольшего отрицательного и наименьшего положительного корней уравнения, деленное на (pi^2) .

Данное уравнение равносильно [dfrac x3=dfrac4+pi nquadLeftrightarrowquad x=dfrac<3pi>4+3pi n, qquad ninmathbb.]

Найдем отрицательные корни уравнения, решив неравенство: [dfrac<3pi>4+3pi n 0quadLeftrightarrowquad n>-dfrac14quadRightarrow] наибольший отрицательный корень получается при (n=0) и это (x=dfrac<3pi>4) .

Тогда произведение, деленное на (pi^2) , равно [-dfrac<9pi>4cdot dfrac<3pi>4divpi^2=-dfrac<27><16>=-1,6875.]

На этапе подготовки к ЕГЭ по математике старшеклассникам полезно повторить, как решать тригонометрические уравнения. Задания из данного раздела вызывают у учащихся определенные сложности, поэтому к ним необходимо отнестись с особым вниманием. Здесь вы можете ознакомиться с теорией, требующейся для выполнения упражнений, а также примерами с решениями тригонометрических уравнений. Обратите внимание, что подобные задания встречаются в аттестационных тестах довольно часто, поэтому пропускать повторение темы не стоит.

Подготовка к экзаменационному испытанию вместе со «Школково» — залог вашего успеха!

С помощью нашего образовательного портала занятия по математике будут проходить легко, и даже одни из самых сложных уравнений не вызовут особых затруднений. На сайте «Школково» представлены все необходимые для успешной сдачи ЕГЭ материалы.

Вся основная информация по теме использования функций (синуса, косинуса, тангенса и котангенса) располагается в разделе «Теоретическая справка», куда вы можете перейти с помощью кнопки «Ознакомиться с полной теорией». Наши преподаватели систематизировали и изложили все необходимые для успешной сдачи материалы в максимально простой и понятной форме. Вы быстро найдете необходимые правило и формулу, и решение тригонометрических уравнений будет даваться максимально легко.

А в разделе «Каталоги» вы сможете попрактиковаться в выполнении заданий. Здесь вы найдете множество уравнений различной сложности, в том числе профильного уровня.

Если какое-либо задание вызвало у вас затруднения, его можно добавить в «Избранное» и вернуться к нему позже для повторения или обсуждения решения с преподавателем.

База «Школково» постоянно обновляется, поэтому недостатка в задачах не будет.