Методы решения тригонометрических уравнений Алгебра-10 класс Содержание Метод замены переменной Метод разложения на множители Однородные тригонометрические уравнения С помощью тригонометрических формул: − − − Формул сложения Формул приведения Формул двойного аргумента Метод замены переменной С помощью замены t = sinx или t = cosx, где t ∈ [−1;1] решение исходного уравнения сводится к решению квадратного или другого алгебраического уравнения. См. примеры 1 – 3 Иногда используют универсальную x тригонометрическую подстановку: t = tg α 2 α 1 t2 2 cos α 2 α 1 t 2 1 tg 2 1 tg 2 sin α 2tg 2 α 1 tg 2 2 2t 1 t2 Пример 1 2 sin 2 x 5 sin x 2 0 Пусть sin x t , где t 1; 1, тогда 2t 2 5t 2 0 t1 2,не удовлетворяет условию t 1; 1 t 2 1 ; 2 Вернемся к исходной переменной 1 sin x 2 1 n x 1 arcsin πn , n Z 2 n π x 1 πn , n Z 6 n π Ответ : 1 πn , n Z . 6 Пример 2 cos 2 x sin 2 x cos x 0 Поскольку sin 2 x 1 cos2 x , то cos 2 x 1 соs 2x cos x 0 2cos 2 x cos x 1 0 Пусть соsx t , где t 1; 1, тогда 2t 2 t 1 0 t1 1, t 2 1 ; 2 Вернемся к исходной переменной : x 2πk , k Z соsx 1, x 2πk , k Z 1 1 x arccos 2πn , n Z x 2π 2πn , n Z cos x ; 3 2 2 Ответ : 2πk , k Z ; 2π 2πn , n Z . 3 tg Пример 3 x x 2 3ctg 2 Вернемся к исходной переменной 4 Поскольку ctg x 1 , то 2 tg x 2 tg tg x 3 4 x 2 tg 2 x Пусть tg t , где t 0, тогда 2 3 t 4 t t t 2 4t 3 0 tg t1 1 t 3 2 x x 1, 2 arctg1 πn , n Z 2 x x arctg 3 πk , k Z 3; 2 2 x 2 arctg1 πn , n Z x arctg 3 πk , k Z 2 x π 2 4 πn , n Z x 2arctg 3 πk , k Z π x 2πn , n Z 2 x 2arctg 3 2πk , k Z Ответ : π 2πn ; 2arctg 3 2πk ; n , k Z . 2 Метод разложения на множители Суть этого метода заключается в том, что произведение нескольких множителей равно нулю, если хотя бы один из них равен нулю, а другие при этом не теряют смысл: f(x) · g(x) · h(x) · … = 0 ⟺ f(x) = 0 или g(x) = 0 или h(x) = 0 и т.д. при условии существования каждого из сомножителей См. примеры 4 – 5 Пример 4 1 2 sin x cos x 0 3 5 1 sin x 3 0, cos x 2 0; 5 x x 1 sin x , 3 cos x 2 ; 5 1 1 n n x 1 arcsin πn , n Z 1 arcsin πn , n Z 3 3 2 x π arccos 2 2πk , k Z arccos 2πk , k Z 5 5 Ответ : 1 arcsin n 1 2 πn ; π arccos 2πk ; n ,k Z . 3 5 Пример 5 2sin x cos 5x cos 5x 0 cos 5x 2sin x 1 0 2 sin x 1 0, cos 5x 0; 1 sin x , 2 cos 5 x 0; 1 n x 1 arcsin πn , n Z 2 5x π πk , k Z 2 n π x 1 πn , n Z 6 x π πk , k Z 10 5 π πk n π Ответ : 1 πn , n Z ; , k Z. 6 10 5 Однородные тригонометрические уравнения Уравнение вида a sin x + b cos x = 0 называют однородным тригонометрическим уравнением первой степени. a sin x + b cos x = 0 : cos x a sin x b cos x 0 cos x + cos x = cos x a tg x + b = 0 b tg x = – a Замечание. Деление на cos x допустимо, поскольку решения уравнения cos x = 0 не являются решениями уравнения a sin x + b cos x = 0. Уравнение вида a sin2x + b sin x cos x + c cos2x = 0 называют однородным тригонометрическим уравнением второй степени. a sin2x + b sin x cos x + c cos2x = 0 : cos2x a sin2x b sin x cos x c cos2x 0 + = + 2x 2 2 cos cos x cos2x cos x a tg2x + b tg x + c = 0 Далее, вводим новую переменную tg x решаем методом замены переменной. = t и Замечание. Если в данном уравнении а = 0 или с = 0 то, уравнение решается методом разложения на множители. Пример 6 2sin x 3cos x 0 : cos x 2 sin x 3 cos x 0 cos x cos x cos x 2tgx 3 0 tgx 3 2 3 x arctg πn , n Z 2 Ответ : arctg 3 πn , n Z . 2 Пример 7 : cos 2x sin 2x cos 2x 0 sin 2x cos 2x 0 cos 2x cos 2x cos 2x tg 2x 1 0 tg 2x 1 π 2x πn , n Z 4 π πn x , n Z 8 2 π πn Ответ : , n Z. 8 2 Пример 8 sin 2 x 3 sin x cos x 2cos 2 x 0 sin 2 x 3 sin x cos x 2cos 2 x 0 2 2 2 cos x cos x cos x : cos2 x tg 2x 3tgx 2 0 Пусть tgx t , тогда t 2 3t 2 0 t1 1 t 2 2 Вернемся к исходной переменной : π tgx 1, x πn , n Z 4 tgx 2; x arctg 2 πk , k Z Ответ : π πn ; arctg 2 πk ; n ,k Z . 4 Пример 9 3 sin x cos x cos2 x 0 cos x 3 sin x cos x 0 3 sin x cos x 0, cos x 0; : cos x 1 tgx , 3 π x πn , n Z ; 2 1 π arctg πk , k Z , x πk , k Z , 3 6 π π x πn , n Z . πn , n Z ; 2 2 3tgx 1 0, x π πn , n Z ; 2 x x Ответ : π πk ; 6 π πn ; n ,k Z . 2 Пример 10 sin 3 x sin 2 x cos x 3 sin x cos 2 x 3cos 3 x 0 : cos3 x sin 3 x sin 2 x cos x 3 sin x cos 2 x 3cos 3 x 0 3 3 3 3 cos x cos x cos x cos x tg 3 x tg 2x 3tgx 3 0 tg 2x tgx 1 3tgx 1 0 tg 2 x 3 tgx 1 0 tg x 3 0, tgx 1 0; 2 tg x 3, tgx 1; 2 x arctg 3 πk , k Z , x π πn , n Z ; 4 Ответ : tgx 3 , x π πn , n Z ; 4 π x πk , k Z , 3 x π πn , n Z . 4 π π πn ; πk ; n , k Z . 4 3 Пример 11 3 sin 2 3x 2 3 sin 3x cos 3x 5cos2 3x 2 cos2 3x sin 2 3x 3 sin 2 3x 2 3 sin 3x cos 3x 5 cos 2 3x 2 cos 2 3x sin 2 3x 3 sin 2 3x 2 3 sin 3x cos 3x 5cos2 3x 2cos2 3x 2sin 2 3x 0 sin 2 3x 2 3 sin 3x cos 3x 3cos2 3x 0 : cos2 3x sin 2 3x 2 3 sin 3x cos 3x 3 cos 2 3x 0 2 2 2 cos 3x cos 3x cos 3x tg 2 3x 2 3tg 3x 3 0 Вернемся к исходной переменной Пусть tg 3x t , тогда tg 3x 3 3x arctg 3 πn , n Z t 2 2 3t 3 0 3 t 3 0 π πn , n Z 3 π πn x ,n Z 9 3 t 3 Ответ : t 2 3t 2 t 3 2 0 2 0 3x π πn , n Z. 9 3 1. Формулы сложения: С помощью тригонометрических формул sin (x + y) = sinx cosy + cosx siny sin (x − y) = sinx cosy + cosx siny cos (x + y) = cosx cosy − sinx siny cos (x − y) = cosx cosy + sinx siny tg (x + y) = tg (x − y) = tgx + tgy 1 − tgx tgy tgx − tgy 1 + tgx tgy сtgx сtgy − 1 сtg (x + y) = сtgу + с tgх сtgx сtgy + 1 сtg (x − y) = сtgу − с tgх Пример 12 3 cos x sin x 1 :2 3 1 1 cos x sin x 2 2 2 3 π 1 π Заметим, что cos , sin , тогда 2 6 2 6 π π 1 cos cos x sin sin x 6 6 2 π 1 cos x 6 2 π 1 x arccos 2πn , n Z 6 2 π π x 2πn , n Z 3 6 π π Ответ : 2πn , n Z . 3 6 Пример13 π π sin x cos x 3 3 6 π π π π π π sin x cos x sin cos x cos sin x cos cos x sin sin x 3 3 6 6 3 6 3 1 3 1 cos x sin x cos x sin x 3 cos x 2 2 2 2 3 cos x 3 cos x 1 x 2πn , n Z Ответ : 2πn , n Z 2. Формулы приведения: С помощью тригонометрических формул π sin t cos t 2 sin π t sin t π cos t sin t 2 cos π t cos t 3π sin t cos t 2 3π cos t sin t 2 sin 2π t sin t cos 2π t cos t π tg t ctg t 2 tg π t tg t π ctg t tg t 2 ctg π t ctg t 3π tg t ctg t 2 tg 2π t tg t 3π ctg t tg t 2 ctg 2π t ctg t Лошадиное правило В старые добрые времена жил рассеянный математик, который при поиске ответа менять или не менять название функции (синус на косинус), смотрел на свою умную лошадь, а она кивала головой вдоль той оси координат, которой принадлежала точка, соответствующая первому слагаемому аргумента π/2 + α или π + α. Если лошадь кивала головой вдоль оси ОУ, то математик считал, что получен ответ «да, менять», если вдоль оси ОХ, то «нет, не менять». 3. Формулы двойного аргумента: С помощью тригонометрических формул sin 2x = 2sinx cosx cos 2x = cos2x – sin2x 2tgx tg 2x = 1 – tg2x ctg2x – 1 ctg 2x = 2ctgx cos 2x = 2cos2x – 1 cos 2x = 1 – 2sin2x Пример 14 sin 4x cos 2x 0 2sin 2x cos 2x cos 2x 0 cos 2x 2sin 2x 1 0 cos 2x 0, 2 sin 2x 1 0; cos 2x 0, sin 2x 1 ; 2 π 2 x πn , n Z 2 2x 1k arcsin 1 πk , k Z 2 Ответ : π πn ,n Z; 4 2 π πn x ,n Z 4 2 x 1k π πk , k Z 12 2 π πk 1 , k Z. 12 2 k 4. Формулы понижения степени: С помощью тригонометрических формул sin 2 α 1 1 cos 2α 2 1 cos α 1 cos 2α 2 2 sin α cos α 1 sin 2α 2 sin α cos α 2 1 sin 2α 5. Формулы половинного угла: α 1 cos α sin 2 2 α sin α 1 cos α tg 2 1 cos α sin α α 1 cos α cos 2 2 α sin α 1 cos α ctg 2 1 cos α sin α 6. Формулы суммы и разности: С помощью тригонометрических формул cos α cos β 2cos αβ α β cos 2 2 αβ βα cos α cos β 2 sin sin 2 2 sin α sin β 2 sin αβ α β cos 2 2 α β αβ sin α sin β 2 sin cos 2 2 sin( α β ) tg α tg β cos α cos β sin( α β ) tg α tg β cos α cos β sin( α β ) ctg α ctg β sin α sin β ctg α ctg β sin( β α ) sin α sin β 7. Формулы произведения: С помощью тригонометрических формул 1 cos α cos β cosα β cosα β 2 1 sin α sin β cosα β cosα β 2 1 sin α cos β sin α β sin α β 2 Мнемоническое правило “Тригонометрия на ладони” Очень часто требуется знать наизусть значения cos, sin, tg, ctg для углов 0°, 30°, 45°, 60°, 90°. Но если вдруг какое-либо значение забудется, то можно воспользоваться правилом руки. Правило: Если провести линии через мизинец и большой палец, то они пересекутся в точке, называемой “лунный бугор”. Образуется угол 90°. Линия мизинца образует угол 0°. Проведя лучи из “лунного бугра” через безымянный, средний, указательный пальцы, получаем углы соответственно 30°, 45°, 60°. Подставляя вместо n: 0, 1, 2, 3, 4, получаем значения sin, для углов 0°, 30°, 45°, 60°, 90°. Для cos отсчет происходит в обратном порядке.