Урок "Однородные тригонометрические уравнения"

С помощью этого видеоурока учащиеся смогут изучить тему однородных тригонометрических уравнений.

1) однородное тригонометрическое уравнение первой степени выглядит как a sin x + b cos x = 0;

2) однородное тригонометрическое уравнение второй степени выглядит как a sin 2 x + b sin x cos x + c cos 2 x = 0.

Рассмотрим уравнение a sin x + b cos x = 0. Если а будет равно нулю, то уравнение будет выглядеть как b cos x = 0; если b равно нулю, то уравнение будет выглядеть как a sin x = 0. Это уравнения, которые мы называли простейшими и решали ранее в предыдущих темах.

Сейчас рассмотрим вариант, когда a и b не равны нулю. С помощью деления частей уравнения на косинус x и осуществим преобразование. Получим a tg x + b = 0, тогда tg x будет равен – b/а.

Из вышеизложенного следует вывод, что уравнение a sin mx + b cos mx = 0 является однородным тригонометрическим уравнением I степени. Чтобы решить уравнение, его части делят на cos mx.

Разберем пример 1. Решить 7 sin (x/2) – 5 cos (x/2) = 0. Сначала части уравнения делим на косинус(x/2). Зная, что синус, деленный на косинус, это тангенс, получим 7 tg (x/2) – 5 = 0. Преобразовывая выражение, найдем, что значение тангенса (x/2)равно 5/7. Решение данного уравнения имеет вид х = arctg a + πn, в нашем случае х = 2 arctg (5/7) + 2πn.

Рассмотрим уравнение a sin 2 x + b sin x cos x + c cos 2 x = 0:

1) при а равном нулю уравнение будет выглядеть как b sin x cos x + c cos 2 x = 0. Преобразуя, получим выражение cos x (b sin x + c cos x) = 0 и перейдем к решению двух уравнений. После деления частей уравнения на косинус x, получим b tg x + c = 0, а значит tg x = – c/b. Зная, что х = arctg a + πn, то решением в данном случае будет х = arctg (– с/b) + πn.

2) если а не равно нулю, то, путем деления частей уравнения на косинус в квадрате, получим уравнение, содержащее тангенс, которое будет квадратным. Это уравнение можно решить путем ввода новой переменной.

3) при с равном нулю уравнение примет вид a sin 2 x + b sin x cos x = 0. Это уравнение можно решить, если вынести синус x за скобку.

Далее автор акцентирует внимание на том, что при решении уравнения a sin 2 x + b sin x cos x + c cos 2 x = 0 можно использовать следующие шаги:

1. посмотреть, есть ли в уравнении a sin 2 x;

2. если в уравнении член a sin 2 x содержится, то решить уравнение можно путем деления обеих частей на косинус в квадрате и последующим введением новой переменной.

3. если в уравнении a sin 2 x не содержится, то решить уравнение можно с помощью выноса за скобки cosx.

Рассмотрим пример 2. Вынесем за скобки косинус и получим два уравнения. Корень первого уравнения x = π/2 + πn. Для решения второго уравнения разделим части этого уравнения на косинус x, путем преобразований получим х = π/3 + πn. Ответ: x = π/2 + πn и х = π/3 + πn.

Решим пример 3, уравнение вида 3 sin 2 2x – 2 sin 2x cos 2x + 3 cos 2 2x = 2 и найдем его корни, которые принадлежат отрезку от – π до π. Т.к. это уравнение неоднородное, необходимо привести его к однородному виду. Используя формулу sin 2 x + cos 2 x = 1, получим уравнение sin 2 2x – 2 sin 2x cos 2x + cos 2 2x = 0. Разделив все части уравнения на cos 2 x, получим tg 2 2x + 2tg 2x + 1 = 0. Используя ввод новой переменной z = tg 2x, решим уравнение, корнем которого будет z = 1. Тогда tg 2x = 1, откуда следует, что x = π/8 + (πn)/2. Т.к. по условию задачи нужно найти корни, которые принадлежат отрезку от – π до π, решение будет иметь вид – π< x <π. Подставляя найденное значение x в данное выражение и преобразовывая его, получим – 2,25 < n < 1,75. Т.к. n - это целые числа, то решению уравнения удовлетворяют значения n: – 2; – 1; 0; 1. При этих значениях n получим корни решения исходного уравнения: x = (– 7π)/8, x = (– 3π)/8, x =π/8, x = 5π/8.

Однородные тригонометрические уравнения

Сегодня мы разберем, как решаются «Однородные тригонометрические уравнения». Это уравнения специального вида.

Познакомимся с определением.

Уравнение вида а sin x+bcosx = 0(а синус икс плюс бэ косинус икс равно нулю) называют однородным тригонометрическим уравнением первой степени;

уравнение вида а sin 2 x+b sin x cosx +с cos 2 x= 0 (а синус квадрат икс плюс бэ синус икс косинус икс плюс сэ косинус квадрат икс равно нулю) называют однородным тригонометрическим уравнением второй степени.

Данные уравнения являются элементарными тригонометрическими, и их решение мы рассматривали на прошлых наших темах

Рассмотрим тот случай, когда оба коэффициента не равны нулю. Разделим обе части уравнения а sinx+bcosx = 0 почленно на cosx.

Это мы можем сделать, так как косинус икс отличен от нуля. Ведь, если cosx = 0, то уравнение а sinx+bcosx = 0 примет вид а sinx = 0, а ≠ 0, следовательно sinx = 0. Что невозможно, ведь по основному тригонометрическому тождеству sin 2 x+ cos 2 x=1.

1. Так как = tg x, то = а tg x

Таким образом получим следующее выражение а tg x + b =0.

1.перенесем b в правую часть выражения с противоположным знаком

2. Избавимся от множителя а разделив обе части уравнения на а

Вывод: Уравнение вида а sin mx+bcosmx = 0 (а синус эм икс плюс бэ косинус эм икс равно нулю) тоже называют однородным тригонометрическим уравнением первой степени. Чтобы решить его, делят обе части на cosmx.

ПРИМЕР 1. Решить уравнение 7 sin - 5 cos = 0 (семь синус икс на два минус пять косинус икс на два равно нулю)

Решение. Разделим обе части уравнения почленно на cos, получим

1. = 7 tg (так как соотношение синуса к косинусу – это тангенс, то семь синус икс на два деленное на косинус икс на два, равно 7 тангенс икс на два)

2. -5 = -5 (при сокращении cos )

Таки образом получили уравнение

7tg - 5 = 0, Преобразуем выражение, перенесем минус пять в правую часть, изменив знак.

Мы привели уравнение к виду tg t = a, где t=, a =. А так как данное уравнение имеет решение для любого значения а и эти решения имеют вид

х = arctg a + πn, то решение нашего уравнения будет иметь вид:

= arctg + πn, найдем х

Ответ: х=2 arctg + 2πn.

Перейдем к однородному тригонометрическому уравнению второй степени

Рассмотрим несколько случаев.

b sin x +сcos x= 0.А эти уравнения мы уже умеем решать.

Разделим обе части уравнения почленно на cosх, получим

1 (так как соотношение синуса к косинусу – это тангенс).

Таким образом получаем уравнение: btg х+с=0

Мы привели уравнение к виду tg t = a, где t= х, a =. А так как данное уравнение имеет решение для любого значения а и эти решения имеют вид

х = arctg a + πn, то решение нашего уравнения будет:

II. Если а≠0, то обе части уравнения почленно разделим на cos 2 x.

(Рассуждая аналогично, как и в случае с однородным тригонометрическим уравнением первой степени, косинус икс не может обратится в ноль).

III. Если с=0, то уравнение примет вид а sin 2 x+bsinxcosx= 0. Это уравнение решается методом разложения на множители (вынесем sinxза скобку).

ПРИМЕР 2. Решить уравнение sinxcosx - cos 2 x= 0 (синус икс, умноженный на косинус икс минус корень из трех, умноженный на косинус квадрат икс равно нулю).

Решение. Разложим на множители (вынесем за скобку cosx). Получим

cos x(sin x - cos x)= 0, т.е. cos x=0 илиsin x - cos x= 0.

ПРИМЕР 3. Решить уравнение 3sin 2 2x - 2 sin2xcos2 x +3cos 2 2x= 2 (три синус квадрат двух икс минус удвоенное произведение синуса двух икс на косинус двух икс плюс три косинус квадрат двух икс) и найти его корни, принадлежащие промежутку ( - π; π).

Решение. Это уравнение не однородное, поэтому проведем преобразования. Число 2, содержащееся в правой части уравнения, заменим произведением 2·1

Так как по основному тригонометрическому тождеству sin 2 x + cos 2 x =1, то

2 ∙ 1= 2 ∙ (sin 2 x + cos 2 x) = раскрыв скобки получим: 2 sin 2 x + 2 cos 2 x.

2 ∙ 1= 2 ∙ (sin 2 x + cos 2 x) =2 sin 2 x + 2 cos 2 x

Значит уравнение 3sin 2 2x - 2 sin2xcos2 x +3cos 2 2x= 2 примет вид:

3sin 2 2x - 2 sin 2x cos2 x +3cos 2 2x = 2 sin 2 x + 2 cos 2 x.

Далее все перенесем в левую часть и приведем подобные слагаемые:

3sin 2 2x - 2 sin 2x cos2 x +3cos 2 2x - 2 sin 2 x - 2 cos 2 x=0,

sin 2 2x - 2 sin 2x cos2 x +cos 2 2x =0.

Получили однородное тригонометрическое уравнение второй степени. Применим способ почленного деления на cos 2 2x :

tg 2 2x – 2tg 2x + 1 = 0.

Введем новую переменную z= tg2х.

Имеем z 2 - 2 z + 1 = 0. Это квадратное уравнение. Заметив в левой части формулу сокращенного умножения - квадрат разности ( ), получим (z – 1) 2 = 0, т.е. z = 1. Вернемся к обратной замене:

Мы привели уравнение к виду tg t = a, где t= 2х, a =1 . А так как данное уравнение имеет решение для любого значения а и эти решения имеют вид

х = arctg x a + πn, то решение нашего уравнения будет:

х= + , ( икс равно сумме пи на восемь и пи эн на два).

Нам осталось найти такие значения х, которые содержатся в интервале

( - π; π), т.е. удовлетворяют двойному неравенству - π х π. Так как

х= + , то - π + π. Разделим все части этого неравенства на π и умножим на 8, получим