Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

C1-2011

.pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
15.02.2015
Размер:
449.67 Кб
Скачать

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

МАТЕМАТИКА ЕГЭ 2011

Отбор корней в тригонометрических уравнениях

(типовые задания С1)

Корянов А.Г., г. Брянск akoryanov@mail.ru

Прокофьев А.А., г. Москва aaprokof@yandex.ru

СОДЕРЖАНИЕ стр.

1.Способы отбора корней в тригонометрических уравнениях.……….. 1

2.Отбор общих корней в нескольких сериях решений тригонометрического уравнения………………….. 1

3.Отбор корней уравнения, удовлетворяющих дополнительным усло-

виям………………………………….. 2

а) корни уравнения принадлежат промежутку……………………... 2

б) корни уравнения удовлетворяют неравенству……………………… 4

4.Отбор корней уравнения, связанный с методом замены……………... 4

5.Уравнения, содержащие дробные выражения…………………………... 5

6.Уравнения, содержащие иррациональные выражения……………. 6

7.Уравнения, содержащие показательные выражения………………… 8

8.Уравнения, содержащие логарифмические выражения…………... 8

9.Уравнения, содержащие модули... 9

10.Уравнения, содержащие обратные тригонометрические выраже-

ния…………………………………… 10

11.Комбинированные уравнения…. 10

12.Упражнения……………………... 12

Список и источники литературы.…. 21

1.Способы отбора корней

втригонометрических уравнениях

При отборе корней в процессе решения тригонометрических уравнений обычно используют один из следующих способов.

Арифметический способ:

а) непосредственная подстановка полученных корней в уравнение и имеющиеся ограничения; б) перебор значений целочисленного па-

раметра и вычисление корней. Алгебраический способ:

а) решение неравенства относительно неизвестного целочисленного параметра и вычисление корней; б) исследование уравнения с двумя цело-

численными параметрами. Геометрический способ

а) изображение корней на тригонометрической окружности с последующим отбором с учетом имеющихся ограничений; б) изображение корней на числовой прямой с последующим отбором с учетом имеющихся ограничений.

2. Отбор общих корней в нескольких сериях решений тригонометрического уравнения

Пример 1. Решить уравнение:

cosxcos5x 0.

Решение. Данное уравнение равносильно совокупности уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

cosx 0,

x

 

 

 

k,

 

2

 

k,n Z.

 

 

 

 

 

n

cos5x 0

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

,

 

10

5

 

 

 

 

Рассмотрим уравнение

 

k

 

 

 

n

.

 

10

 

 

2

 

5

 

После

преобразований

получаем

n 5k 2.

Следовательно, вторая

серия

решений включает в себя первую серию решений.

Отбор корней удобно проводить на тригонометрической окружности, используя градусную меру полученных решений x 90 k 180 или x 18 n 36 .

25.12.2010

1

www.alexlarin.narod.ru

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

Ответ: n , n Z . 10 5

Пример 2. Решить уравнение:

cosx cos3x 2.

Решение. Из неравенств cosx 1 и

cos3x 1 следует, что равенство воз-

можно только в том случае, когда оба слагаемых одновременно будут равны 1.

cosx cos3x 2

cosx 1,

 

 

 

 

 

 

cos3x 1

 

 

x 2 n,

 

 

 

 

2 k

n, k Z.

 

 

 

 

x

 

,

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

Вторая серия решений включает первую серию, поэтому имеем решение системы x 2 n, n Z.

Ответ: 2 n, n Z.

25.12.2010

2

www.alexlarin.narod.ru

Пример 3. Решить уравнение:

sin7x cos4x 1.

Решение. Воспользовавшись формулой преобразования произведения синуса и косинуса в сумму, приводим уравнение к виду sin11x sin3x 2, откуда полу-

чим

sin11x 2 sin3x.

Так как при

лю-

бом

значении

x

sin11x 1,

а

2 sin3x 1,

то

равенство

sin11x 2 sin3x может выполняться в том и только в том случае, когда

 

 

 

 

 

 

2 n

sin11x 1,

x

 

 

 

 

 

 

, n Z,

22

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 m

 

 

2 sin3x 1

 

 

 

 

 

 

x

6

 

 

 

3

, m Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем такие целые значения n и m, при которых решения в полученных се-

риях совпадают

 

 

2 n

 

 

 

2 m

,

 

 

6

 

22

11

 

3

 

т.е. 3n 2 11m. Выражая из последнего

равенства n, получаем n 3m 2m 2 . 3

Так как n – целое, то последнее равенство возможно, только если 2m 2 делится на 3, т.е. 2m 2 3k, k Z. Отсюда

m 1 k k . Поскольку m должно быть

2

 

 

 

целым, то k

должно быть четным. Если

k 2p,

где

p Z,

то

m 1 2p 2p 3p 1. Следовательно, 2

x 2 (3p 1) 2 p . 6 3 2

Ответ: 2 p, p Z. 2

3. Отбор корней уравнения, удовлетворяющих дополнительным условиям

а) корни уравнения принадлежат промежутку

Пример 4. Найти все решения уравнения sin 2x cosx, принадлежащие про-

 

 

3

межутку

;

 

.

4

 

 

 

Решение. Приведем уравнение к виду

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

cosx(2sin x 1) 0.

Отсюда

получаем

 

 

 

 

два

 

уравнения

cosx 0

или sin x

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) cosx 0,

x

 

 

 

n;

n Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если n 0, то x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

.

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

Если n 1, то x

3

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

.

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

Если n 1, то x

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

,

 

 

 

;

 

 

.

 

 

 

 

4

Если n 2, то

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

,

 

 

;

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

2) sin x 1 ,

2

x 2 n или x 5 2 n, n Z.

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

3

 

 

 

 

0, то x

,

 

 

 

Если n

 

 

 

;

 

 

или

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

6

6

 

 

 

 

x

5

 

5

 

3

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

;

 

 

 

.

 

 

 

 

 

6

6

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если n 1, то для первой серии решений

x

13

13

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

;

 

 

 

.

 

 

 

 

6

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

Если n 1, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

11

 

 

11

 

 

 

 

3

 

 

 

,

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

или

6

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

x

7

 

7

 

 

 

 

3

 

 

,

 

 

 

 

;

 

.

 

 

 

 

 

6

 

 

6

 

 

 

 

4

 

Замечание. Другой вариант отбора корней можно провести на тригонометрическом круге, учитывая, что общий наименьший положительный период функций sin x и cosx, входящих в уравнение, равен 2 .

Ответ:

 

;

 

;

 

.

 

2

6

2

 

 

 

Пример 5. Найти все решения уравнения sin2 2x sin2 3x 1, принадлежащие отрезку [1;2].

Решение. Воспользуемся формулами понижения степени и преобразования суммы функций в произведение

sin2 2x sin2 3x 1

 

25.12.2010

3

www.alexlarin.narod.ru

 

 

1 cos4x

 

1 cos6x

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

cos4x cos6x 0

 

 

2cos5xcosx 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

cos5 x 0,

 

x

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

10

 

5

k Z

 

 

 

 

 

cosx 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

k,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x k , k Z (см. Пример 1). 10 5

Решим двойное неравенство

1 k 2 10 2 k 20

105

10 2 k 20

 

10

k

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

5

 

1

k

10

 

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Так как

5

 

1

 

5

 

 

1

 

17

 

,

 

 

 

 

 

3,2

 

 

 

 

 

 

2

2

16

 

 

 

 

 

10 1 10 1 17 и k Z, то k 2.2 3 2 6

Тогда x 2 . 10 5 2

Ответ: . 2

Пример 6. Указать количество корней уравнения

ctg3x sin 6x cos6x cos12x 0

на промежутке [0;2 ].

Решение. Умножая обе части уравне-

ния на sin3x 0,

получаем

 

 

 

sin3x sin3x cos12x 0,

sin3x(1 cos12x) 0. Отсюда имеем

 

 

 

n

 

 

cos12x 1,

 

x

 

,

 

 

 

 

6 n,k Z

 

 

sin3x 0

 

 

k

 

 

 

 

x

3

 

,

 

 

 

 

 

Проведем отбор корней, используя тригонометрическую окружность. Для этого полученные значения в серии решений и серии ограничений изобразим на тригонометрической окружности и в от-

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

вет запишем количество не совпавших в обеих сериях значений переменной х.

Ответ: 6.

б) корни уравнения удовлетворяют неравенству

Пример 7. Найти все корни уравнения

(2sin x 1)(2sin x 3) 0,

удовлетворяющие неравенству cosx 0.

Решение. Данное уравнение равносильно совокупности уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

2 n,

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

5

 

 

,

x

2 n,

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n,k Z.

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

x

 

2 k,

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

2 k,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изобразим полученные решения на тригонометрической окружности. Каждому уравнению соответствуют две точки на тригонометрической окружности. В ответ запишем только решения, расположенные на дуге окружности, соответствующей неравенству cosx 0, т.е. лежащие в I и IV четвертях.

25.12.2010

4

www.alexlarin.narod.ru

Следовательно, данному условию удов-

летворяют решения

 

2 k

или

3

 

 

 

 

 

 

2 n, n,k Z.

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

Ответ: 2 k , 2 n , n,k Z.

36

4.Отбор корней уравнения, связанный с методом замены

Пример 8. Решить уравнение:

2sin4 x sin2 x 1 0.

 

Решение.

Обозначим

sin2

x t, где

0 t 1.

Тогда

получим

квадратное

уравнение 2t2 t

1 0,

имеющее корни

t1 1

и t2

 

1

 

(не удовлетворяет усло-

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

sin2 x 1

вию

0 t

1). Для уравнения

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 cos2x

1;

 

cos2x 1;

2x 2 n,

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

n, n Z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

n, n Z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Пример 9. Решить уравнение:

 

 

 

arccos2 x 8arccosx 15 0.

 

Решение.

Положим arccosx t. Так

как

множество

значений

функции

arccosx – отрезок 0; , найдем решения

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

уравнения t2 8t 15 0, удовлетворяющие условию 0 t . Такой корень

один: t 3. Если

t 3,

то arccosx 3,

откуда x cos3.

 

Ответ: cos3.

 

 

5. Уравнения, содержащие дробные выражения

Пример 10. Решить уравнение:

cosx 1 sin x. 1 sin x

Решение. Данное уравнение равносильно системе

 

 

cosx (1 sin x)(1 sin x),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 sin x 0

 

 

 

 

 

 

 

2

x 0,

 

cosx 0,

 

 

 

 

 

 

 

cosx cos

 

 

 

 

 

 

 

 

cosx 1,

 

sin x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

n,

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

n,k,m Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 k,

 

x 2 m,2

Для отбора корней используем тригонометрический круг.

Ответ: 2 n, 2 k, n,k Z. 2

Пример 11. Решить уравнение:

cos2x cosx 1 0.

 

tgx 1

 

Решение. Данное уравнение равно-

 

сильно системе

 

25.12.2010

5

www.alexlarin.narod.ru

 

cos2x cosx 1 0,

 

 

 

cosx 0,

 

 

 

tgx 1 0

 

 

cosx(2cosx 1) 0,

 

 

 

cosx 0,

 

 

 

 

tgx 1

 

 

 

1

 

x

 

2 k,

 

 

 

cosx

 

,

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosx 0,

x

 

n,

2

 

tgx 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

m,

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

k,m,n Z.

Ответ: 2 k, k Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

Пример 12. Решите уравнение:

 

 

 

1

 

 

 

1

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin2 x

tgx

 

 

Решение. Уравнение определено при

условиях sin x 0

 

и cosx 0. Используя

тригонометрические

формулы,

получим

ctg2x ctgx 0.

Отсюда ctgx 0 или

ctgx 1.

Корни

 

первого

уравнения

x

 

n, n Z,

 

не удовлетворяют не-

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равенству

cosx 0.

Решения

второго

уравнения

x

 

k, k Z,

удовлетво-

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

ряют условиям sin x 0 и cosx 0. Действительно, так как число 2 является общим наименьшим положительным пе-

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

риодом функций ctgx, sin x и cosx, то достаточно рассмотреть точки на тригонометрическом круге (сделайте рисунок), соответствующие условиям ctgx 1, sin x 0 и cosx 0.

Ответ: x k, k Z. 4

Замечание. Замена выражения 1 sin2 x

на выражение 1 ctg2 x является тождественным преобразованием при условии

sin x 0, а замена 1 на ctgx может tgx

привести к появлению посторонних кор-

ней x n, n Z. 2

Пример 13. Решить уравнение:

cosx sin 2x 1. cos3x

Решение. Общий наименьший поло-

жительный

период функций

cosx,

cos3x, sin 2x

равен 2 . Поэтому доста-

точно рассмотреть решения уравнения на

промежутке [0;2 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Умножим обе части уравнения на

cos3x 0. Далее получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosx sin 2x cos3x

 

 

 

 

 

cos3x cosx sin 2x 0

 

2sin 2xsin x sin 2x 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 2x 0,

sin 2x(2sin x 1)

0

 

 

 

1

 

 

sin x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 l,

k, l, m Z.

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 m,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На промежутке [0;2 ) содержатся

корни 0,

 

, ,

3

,

7

,

 

11

. Из условия

 

 

2

6

6

 

2

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

cos3x 0 получаем

x

 

 

,

n Z, а

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

на промежутке

 

 

 

[0;2 )

 

 

x

 

,

x

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

2

 

25.12.2010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

www.alexlarin.narod.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

5

,

x

7

,

x

3

, x

11

. Таким

 

 

 

 

 

 

 

6

 

6

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

образом,

остались числа 0 и , а значит,

исходное

уравнение имеет

множество

корней x t,t Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: t, t Z.

Пример 14. Решить уравнение:

 

 

6sin xcosx sin 2xsin

2

 

 

0.

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Воспользуемся

формулой

синуса двойного аргумента

 

 

 

 

 

3sin 2x sin 2xsin

2

 

0,

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 2x

3 sin

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

Так как 3 sin 2 0, то последнее x

уравнение равносильно системе

sin2x 0,

 

k

 

x

 

, k Z, k 0.

2

x 0,

 

 

Ответ: k , k Z, k 0. 2

6. Уравнения, содержащие иррациональные выражения

Пример 15. Решить уравнение:

5cosx cos2x 2sin x 0.

Решение. Перепишем уравнение в ви-

де

5cosx cos2x 2sin x.

Последнее уравнение равносильно системе

 

 

 

2

x,

5cosx cos2x 4sin

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x 0.

 

 

 

 

 

Решим уравнение системы

 

 

 

5cosx (2cos2

x 1) 4(1 cos2 x);

2cos2 x 5cosx 3 0.

Отсюда cosx

1

 

или cosx 3(нет кор-

 

2

 

 

1

 

 

ней). Из уравнения cosx

 

получаем

 

 

 

 

2

 

 

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

x

 

 

 

2 n, n Z,

 

или

 

x

 

2 n,

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

n Z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверим для полученных значений x

выполнение условие sin x 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

2 n sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

0;

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

sin

 

 

 

2 n

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

2 n, n Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 16. Решить уравнение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

ctg x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Данное уравнение равно-

сильно смешанной системе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ctgx 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

ctg2

 

 

x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вначале решим уравнение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

ctg2 x;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

1

 

 

 

1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

;

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В области определения, которое задается условием sin x 0, последнее уравнение распадается на два, равносильных ему в совокупности уравнения:

1) 1

1

0; sinx 1;

 

sin x

x 2 n, n Z.

2

 

 

 

 

 

 

 

2) 2

1

 

0; sin x

1

;

 

 

 

 

sin x

2

 

x 1 n

 

n, n Z.

 

 

 

6

 

 

 

 

Отберем

значения

x, удовлетворяю-

щие условию ctgx 0.

 

 

 

25.12.2010

 

 

 

 

 

7

www.alexlarin.narod.ru

Для

корней

первой

серии

 

 

 

 

 

 

 

 

ctg

 

 

 

2 n

0,

следовательно,

усло-

2

 

 

 

 

 

 

 

вие

 

 

ctgx 0

выполнено для

всех

x 2 n, n Z.

2

Для корней второй серии

 

 

n

 

 

 

n

 

ctg

( 1)

 

 

n

ctg

( 1)

 

 

 

 

6

6

 

 

 

 

 

 

 

3,если nчетно,

3,если nнечетно.

Таким образом, условие ctgx 0 выполнено только для четных значений

n (n 2m, m Z), т.е. для x 2 m.

6

Ответ: 2 n, 2 n, n Z.

2 6

Пример 17. Решить уравнение:

cos2 x2 3 . 2

Решение. Рассматривая данное уравнение как простейшее тригонометрическое уравнение, получим

2 x2 2 n, n Z. 6

Так как 2 x2 2, то 0 2 x2 2.

Из всех чисел вида 2 n, n Z от- 6

резку [0;2] принадлежит только число

. Поэтому последнее уравнение равно- 6

сильно уравнению

2 x2 . 6

Возведя обе части уравнения в квадрат, получим

x2

2

2

, откуда x 2

2

 

 

 

.

 

 

 

 

36

 

36

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

7. Уравнения, содержащие показательные выражения

Пример 18. Решить уравнение:

3cosx cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

27 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3cosx

3

Решение. Преобразуем данное уравнение

cos2 x

3

cos x

 

3

 

 

 

 

 

3

 

2

 

32

;

 

 

 

 

cosx

3

 

 

cos2 x

 

3

0.

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

Обозначив cosx t, где 1 t 1, получим для неизвестной t квадратное уравнение 2t2 3t 3 0, которое имеет

корни t

3

и t

 

 

 

(не удовлетво-

2

3

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ряет условию 1 t 1).

Выполнив обратную замену, из урав-

нения cosx 3 получаем

2

x 5 2 n, n Z. 6

Ответ: 5 2 n, n Z. 6

Пример 19. Решить уравнение:

 

 

13x

 

 

 

 

 

x

 

cos

22

 

 

3

 

.

 

 

4

Решение. Так как x 0, то 3 x 1. Левая часть уравнения ограничена, так

 

 

13x

 

как 1 cos

22

 

 

1. Поэтому

 

 

 

4

 

данное уравнение равносильно системе

 

 

 

 

13x

 

cos

22

 

 

1,

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

 

3

 

 

 

 

cos22 1(верно),

x 0

Ответ: 0.

25.12.2010

8

www.alexlarin.narod.ru

8. Уравнения, содержащие логарифмические выражения

Пример 20. Решить уравнение:

log2 (sin x) log2 ( cosx).

Решение. Данное уравнение равносильно системе

sin x cosx,

sin x 0.

Из уравнения системы получаем

tgx 1, x

 

n,

n Z. Неравенст-

 

4

 

 

 

 

 

ву sin x 0 удовлетворяют

числа

x

3

2 n, n Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

3

 

 

 

 

Ответ: x

2 n,

n Z.

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

Пример 21. Решить уравнение:

 

 

 

log2 ( sin x) log2 (cosx) 2

 

Решение. Данное уравнение равно-

сильно смешанной системе:

 

 

 

sin x 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosx 0,

 

 

 

log2 ( sin xcosx) 2

sin x 0,

cosx 0,

sin xcosx 0,25.

Решим вначале уравнение этой системы:

sin xcosx 0,25

sin2x 0,5

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

2 n, n Z,

6

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

2x

 

 

 

2 k, k Z,

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

n,

n Z,

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

k,

k Z.

 

 

 

 

 

12

 

 

Условиям sin x 0 и cosx 0 удовлетворяет совокупность значений x, принадлежащих четвертой координатной четверти. Тогда решения исходного уравнения можно записать следующим образом:

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

12 2 n, n Z,

x 5 2 k, k Z.12x

Ответ: 2 n, n Z ; 5 2 k , 12 12

k Z.

9. Уравнения, содержащие модули Пример 22. Решить уравнение:

| cosx | 3sin x .

Решение. Из данного уравнения получаем равносильную систему

cosx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3sin x,

 

 

3

 

 

 

 

 

 

tgx

 

 

 

 

 

 

 

3 ,

cosx

 

3sin x,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x 0

 

 

 

 

sin x 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

n,

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

n Z .

 

 

 

 

sin x 0,

Так как функции tgx и sin x имеют общий наименьший положительный период 2 , то отбор корней проведем на тригонометрическом круге (сделайте рисунок).

Ответ: 2 k;5 2 n, k,n Z. 6 6

Пример 23. Решить уравнение:

| cosx| cosx 2sin x.

Решение. Рассмотрим два множества значений неизвестной x на числовой прямой, на которых cosx 0 и cosx 0.

1) Пусть cosx 0, тогда данное уравнение принимает вид:

cosx cosx 2sin x sin x 0

x n, n Z.

Условию

cosx 0 удовлетворяют

только значения x 2πn, n Z.

2) Для

условия

cosx 0 исходное

уравнение перепишем так:

cosx cosx 2sin x

sin x cosx 0

tgx 1 x

 

k, k Z.

 

 

 

4

 

25.12.2010

 

9

www.alexlarin.narod.ru

 

 

 

Условию cosx 0

удовлетворяют

только значения x

3

2 k, k Z.

 

4

 

3

 

Ответ: n, n Z;

2 k, k Z.

4

 

 

 

 

Пример 24. Решить уравнение:

7|cosx| 4cosx 3|sin x| 2sin x.

Решение. Рассмотрим значения синуса и косинуса по четвертям координатной

окружности.

 

 

 

 

 

 

 

Первая

четверть: 3cosx 5sin x

 

tgx

3

 

x arctg

3

2 k, k Z.

 

 

 

 

5

 

 

 

5

 

 

 

 

Вторая четверть:

11cosx 5sin x

 

tgx

11

 

x arctg

11

2 l,

 

 

l Z.

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Третья четверть:

11cosx sin x

 

tgx 11

 

x arctg11 2 m,

m Z.

Четвертая четверть: 3cosx sin x

tgx 3 x arctg3 2 n, n Z.

Ответ: arctg

3

2 k,

arctg

11

2 l,

 

 

5

 

5

 

arctg11 2 m,

arctg3 2 n, где

 

 

 

k,l,m, n Z.

Пример 25. Решить уравнение:

(3sin 0,25x 4)2

sin2 0,25x 6sin 0,25x 9 1 2 .

Решение. Имеем

| 4 3sin0,25x | |3 sin0,25x | 1 2 .

Так как при всех x R

4 3sin0,25x 0,

3 sin0,25x 0,

то получаем

1 2sin0,25x 1 2;

sin0,25x 2 ; 2

x ( 1)n 4 n, n Z.

Ответ: ( 1)n 4 n, n Z.

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Отбор корней в тригонометрических уравнениях

10.Уравнения, содержащие обратные тригонометрические функции

Пример 26. Решить уравнение:

arccos(x2 3) arccos(x 3).

Решение. Уравнение равносильно системе

 

2

3 x 3,

 

2

x 6 0,

x

 

x

 

1 x 3 1

4 x 2

 

 

x 2,

 

 

 

 

 

 

 

x 2.

 

 

x 3,

 

4 x 2

Ответ: 2.

Пример 27. Решить уравнение:

arccosx arcsin 2x .

Решение. Область допустимых значений уравнения определяется условиями x 1, 2x 1, т.е. x 0,5. Более того,

поскольку значения арккосинуса ограничены отрезком 0, , а арксинуса – отрез-

 

 

 

 

 

ком

 

 

;

 

 

, то равенство левой и пра-

2

2

 

 

 

 

 

вой частей уравнения возможно только в случае, если их значения лежат на отрез-

 

 

 

 

ке

0;

 

 

, т.е. с учетом области допусти-

2

 

 

 

 

мых значений переменной x имеем

0 x 0,5.

Таким образом, решение уравнения следует искать на множестве 0 x 0,5.

Так как функция y cost

убывает на от-

 

 

 

 

 

 

0;0,5 урав-

резке

0;

 

 

 

, то на отрезке

 

 

нение

 

 

2

 

 

равносильно

arccosx arcsin 2x

уравнению

cos arccosx cos arcsin 2x ,

которое,

в свою очередь,

на 0;0,5

рав-

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

носильно

 

 

 

уравнениям:

 

1 4x2 ,

x2 1 4x2 ,

5x2 1,

x

1

 

 

 

(при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 x 0,5).

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.12.2010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

www.alexlarin.narod.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 28. Решить уравнение:

arccos3x 4 x 6 . 1 2x

Решение. В соответствии с определением арккосинуса запишем ограничения, которым должна удовлетворять переменная x. Область допустимых значений уравнения определяется условиями

1 3x 4 1, а поскольку значения

1 2x

арккосинуса ограничены отрезком 0, , то для выполнения равенства необходимо выполнение условия 0 x 6 . Получаем систему неравенств

 

 

 

 

 

 

3x 4

1,

 

3x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1,

 

1 2x

 

1 2x

 

 

 

3x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

1,

 

 

 

 

 

 

0 x 6

 

 

1 2x

 

 

 

 

 

 

 

0 x 6 1

 

x 5

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 5.

5x 3

 

 

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

1 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 x 5

 

Подставляя полученное единственное значение x 5 в исходное уравнение, получим

arccos3 ( 5) 4 ( 5) 6 , 1 2 ( 5)

arccos 11 или arccos( 1) верно. 11

Следовательно, данное уравнение имеет единственное решение x 5.

Ответ: 5.

11. Комбинированные уравнения

Пример 29. Решить уравнение:

 

(2cosx 1)log13

(3tg

2 x)

 

 

 

 

 

 

 

 

0.

 

 

 

 

 

log31 (2sinx)

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Из данного уравнения полу-

чаем два

уравнения

cosx 0,5 или

tgx

 

 

 

 

 

 

3

при условии

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]