Задание 14
тема 11 из 20

Сведение тригонометрического уравнения к квадратному

Если после тождеств в уравнении осталась одна функция, sin⁡x\sin x или cos⁡x\cos x, в первой и во второй степени, это квадратное уравнение относительно неё. Обозначьте функцию буквой tt, решите квадратное уравнение и вернитесь к xx. Синус и косинус лежат от −1 до 1, поэтому корень tt вне этого отрезка отбрасывают.

Реже в задании14На карте навыков

Квадратное уравнение относительно синуса или косинуса

Уравнение asin⁡2x+bsin⁡x+c=0a\sin^2 x + b\sin x + c = 0 — квадратное относительно sin⁡x\sin x. Так же с cos⁡x\cos x и tg⁡x\operatorname{tg} x; у тангенса tt — любое число.

  • Оставьте одну функцию: cos⁡2x=1−sin⁡2x\cos^2 x = 1 - \sin^2 x или cos⁡2x=1−2sin⁡2x\cos 2x = 1 - 2\sin^2 x (тождества).
  • Обозначьте t=sin⁡xt = \sin x или t=cos⁡xt = \cos x, −1≤t≤1-1 \le t \le 1 (замена).
  • Решите квадратное уравнение.
  • Корень вне отрезка [−1;1][-1; 1] отбросьте.
  • Каждый оставшийся корень даёт простейшее уравнение sin⁡x=t\sin x = t (обратная замена).

Квадрат другой функции — через тождество

Если в уравнении cos⁡2x\cos^2 x и sin⁡x\sin x, замените cos⁡2x=1−sin⁡2x\cos^2 x = 1 - \sin^2 x (квадрат через другую функцию). Получится квадратное уравнение относительно sin⁡x\sin x. Буквой tt обозначают функцию, которая стоит в первой степени.

Пример задания

Открытый банк ФИПИ

а) Решите уравнение 2cos⁡2x+3sin⁡(−x)−3=02 \cos ^{2} x + 3 \sin \left(- x\right) - 3 = 0

б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку [2π;7π2].\left[2 \pi ; \frac{7 \pi}{2}\right] .

Косинус двойного угла рядом с синусом или косинусом

Если в уравнении cos⁡2x\cos 2x и sin⁡x\sin x, запишите cos⁡2x=1−2sin⁡2x\cos 2x = 1 - 2\sin^2 x. Если cos⁡2x\cos 2x и cos⁡x\cos x, запишите cos⁡2x=2cos⁡2x−1\cos 2x = 2\cos^2 x - 1 (формы косинуса). Получится квадратное уравнение относительно функции из первой степени.

Пример

а) Решите уравнение cos⁡2x=cos⁡x\cos 2x = \cos x. б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку [−2π;−π2]\left[-2\pi; -\frac{\pi}{2}\right].

  1. 1.а) 2cos⁡2x−1=cos⁡x2\cos^2 x - 1 = \cos x, 2cos⁡2x−cos⁡x−1=02\cos^2 x - \cos x - 1 = 0.
  2. 2.t=cos⁡xt = \cos x: 2t2−t−1=02t^2 - t - 1 = 0, D=1+8=9D = 1 + 8 = 9, t=1t = 1 или t=−12t = -\frac{1}{2}.
  3. 3.cos⁡x=1\cos x = 1: x=2πnx = 2\pi n. cos⁡x=−12\cos x = -\frac{1}{2}: x=±2π3+2πnx = \pm\frac{2\pi}{3} + 2\pi n.
  4. 4.б) На окружности отрезок [−2π;−π2]\left[-2\pi; -\frac{\pi}{2}\right] — дуга от правой точки −2π-2\pi против часовой стрелки до нижней точки −π2-\frac{\pi}{2}. Она проходит I, II и III четверти.
  5. 5.На дуге лежат −2π-2\pi, точка 2π3\frac{2\pi}{3} II четверти с именем 2π3−2π=−4π3\frac{2\pi}{3} - 2\pi = -\frac{4\pi}{3} и точка −2π3-\frac{2\pi}{3} III четверти. Конец −π2-\frac{\pi}{2} корнем не является.

Ответ: а) 2πn; ±2π3+2πn, n∈Z2\pi n;\ \pm\frac{2\pi}{3} + 2\pi n,\ n \in \mathbb{Z}; б) −2π; −4π3; −2π3-2\pi;\ -\frac{4\pi}{3};\ -\frac{2\pi}{3}

Корень вне отрезка от −1 до 1

Если корень tt больше 1 или меньше −1, уравнение sin⁡x=t\sin x = t корней не имеет. Напишите это в решении. Корень с радикалом сравните с 1 через квадраты: 22=8>12\sqrt{2} = \sqrt{8} > 1.

Если дискриминант не полный квадрат, вынесите из-под корня наибольший квадрат: 50=25⋅2=52\sqrt{50} = \sqrt{25 \cdot 2} = 5\sqrt{2}. Тогда корни получатся точными, как 22\frac{\sqrt{2}}{2}, и их можно сравнить с табличными значениями.

Пример

а) Решите уравнение 32cos⁡x=2sin⁡2x+23\sqrt{2}\cos x = 2\sin^2 x + 2. б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку [−3π;−3π2]\left[-3\pi; -\frac{3\pi}{2}\right].

  1. 1.а) sin⁡2x=1−cos⁡2x\sin^2 x = 1 - \cos^2 x: 32cos⁡x=4−2cos⁡2x3\sqrt{2}\cos x = 4 - 2\cos^2 x, 2cos⁡2x+32cos⁡x−4=02\cos^2 x + 3\sqrt{2}\cos x - 4 = 0.
  2. 2.t=cos⁡xt = \cos x: D=18+32=50D = 18 + 32 = 50, D=52\sqrt{D} = 5\sqrt{2}, t=−32±524t = \frac{-3\sqrt{2} \pm 5\sqrt{2}}{4}: t=22t = \frac{\sqrt{2}}{2} или t=−22t = -2\sqrt{2}.
  3. 3.−22<−1-2\sqrt{2} < -1: уравнение cos⁡x=−22\cos x = -2\sqrt{2} корней не имеет.
  4. 4.cos⁡x=22\cos x = \frac{\sqrt{2}}{2}: x=±π4+2πnx = \pm\frac{\pi}{4} + 2\pi n.
  5. 5.б) На [−3π;−3π2]\left[-3\pi; -\frac{3\pi}{2}\right] при n=−1n = -1: −π4−2π=−9π4-\frac{\pi}{4} - 2\pi = -\frac{9\pi}{4} и π4−2π=−7π4\frac{\pi}{4} - 2\pi = -\frac{7\pi}{4}. При n=0n = 0 числа больше −3π2-\frac{3\pi}{2}, при n=−2n = -2 меньше −3π-3\pi (перебор).

Ответ: а) ±π4+2πn, n∈Z\pm\frac{\pi}{4} + 2\pi n,\ n \in \mathbb{Z}; б) −9π4; −7π4-\frac{9\pi}{4};\ -\frac{7\pi}{4}

Квадрат функции равен числу

Если первой степени нет, получается cos⁡2x=a\cos^2 x = a или sin⁡2x=a\sin^2 x = a. Тогда cos⁡x=±a\cos x = \pm\sqrt{a}: два простейших уравнения. Их четыре точки на окружности симметричны относительно центра, поэтому серии объединяют: cos⁡x=±12\cos x = \pm\frac{1}{2} даёт x=±π3+πnx = \pm\frac{\pi}{3} + \pi n.

Пример

а) Решите уравнение cos⁡2x+sin⁡2x=14\cos 2x + \sin^2 x = \frac{1}{4}. б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку [−π;π2]\left[-\pi; \frac{\pi}{2}\right].

  1. 1.а) cos⁡2x=cos⁡2x−sin⁡2x\cos 2x = \cos^2 x - \sin^2 x: cos⁡2x−sin⁡2x+sin⁡2x=14\cos^2 x - \sin^2 x + \sin^2 x = \frac{1}{4}, cos⁡2x=14\cos^2 x = \frac{1}{4}.
  2. 2.cos⁡x=12\cos x = \frac{1}{2} или cos⁡x=−12\cos x = -\frac{1}{2}: точки ±π3\pm\frac{\pi}{3} и ±2π3\pm\frac{2\pi}{3}. Они повторяются через π\pi: x=±π3+πnx = \pm\frac{\pi}{3} + \pi n.
  3. 3.б) На [−π;π2]\left[-\pi; \frac{\pi}{2}\right]: π3\frac{\pi}{3}, −π3-\frac{\pi}{3}, π3−π=−2π3\frac{\pi}{3} - \pi = -\frac{2\pi}{3}. Точки π3+π\frac{\pi}{3} + \pi и −π3+π=2π3-\frac{\pi}{3} + \pi = \frac{2\pi}{3} больше π2\frac{\pi}{2}, точки π3−2π\frac{\pi}{3} - 2\pi и −π3−π-\frac{\pi}{3} - \pi меньше −π-\pi.

Ответ: а) ±π3+πn, n∈Z\pm\frac{\pi}{3} + \pi n,\ n \in \mathbb{Z}; б) −2π3; −π3; π3-\frac{2\pi}{3};\ -\frac{\pi}{3};\ \frac{\pi}{3}

Квадратное уравнение получается и в комбинированных заданиях: 16sin⁡x−6⋅4sin⁡x+8=016^{\sin x} - 6 \cdot 4^{\sin x} + 8 = 0 после замены t=4sin⁡xt = 4^{\sin x}, 2log⁡22(2sin⁡x)−7log⁡2(2sin⁡x)+3=02\log_2^2(2\sin x) - 7\log_2(2\sin x) + 3 = 0 после замены t=log⁡2(2sin⁡x)t = \log_2(2\sin x). Такие уравнения разобраны в темах квадратное уравнение относительно степени и логарифмическая замена.

Корни по t и точки на окружности

t=sin⁡x:2t2+3t+1=0t = \sin x:\quad 2t^2 + 3t + 1 = 0
−11t−1−1/20π/2π3π/2
t1=−1t_1 = -1: sin⁡x=−1\sin x = -1, x=−π2+2πnx = -\frac{\pi}{2} + 2\pi n.
t2=−12t_2 = -\frac{1}{2}: sin⁡x=−12\sin x = -\frac{1}{2}, x=−π6+2πn, x=−5π6+2πnx = -\frac{\pi}{6} + 2\pi n,\ x = -\frac{5\pi}{6} + 2\pi n.
Слева — квадратный трёхчлен по tt и полоса −1≤t≤1-1 \le t \le 1. Справа — точки окружности, где синус или косинус равен корню. Выберите уравнение: корень вне полосы не даёт точек.

Проверьте себя

00

Потренируйте навык

Все задания на этот навык

Решать