Подготовка к профильному уровню единого государственного экзамена по математике. Полезные материалы по тригонометрии, большие теоретические видеолекции, видеоразборы задач и подборка заданий прошлых лет.
Полезные материалы
Подборки видео и онлайн-курсы
Тригонометрические формулы
Геометрическая иллюстрация тригонометрических формул
Арк-функции. Простейшие тригонометрические уравнения
Тригонометрические уравнения
- Необходимая теория для решения задач.
- а) Решите уравнение $7\cos^2 x - \cos x - 8 = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -\dfrac{7\pi}{2}; -\dfrac{3\pi}{2} \right]$. - а) Решите уравнение $\dfrac{6}{\cos^2 x} - \dfrac{7}{\cos x} + 1 = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -3\pi; -\pi \right]$. - Решите уравнение $\sin\sqrt{16 - x^2} = \dfrac12$.
- а) Решите уравнение $2\cos 2x - 12\cos x + 7 = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -\pi; \dfrac{5\pi}{2} \right]$. - а) Решите уравнение $\dfrac{5}{\mathrm{tg}^2 x} - \dfrac{19}{\sin x} + 17 = 0$.
- Решите уравнение $\dfrac{2\cos^3 x + 3 \cos^2 x + \cos x}{\sqrt{\mathrm{ctg}x}} = 0$.
- Решите уравнение $\dfrac{\mathrm{tg}^3x - \mathrm{tg}x}{\sqrt{-\sin x}} = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -\dfrac{5\pi}{2}; -\pi \right)$.- а) Решите уравнение $\cos 2x = \sin\left(\dfrac{3\pi}{2} - x\right)$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ \dfrac{3\pi}{2}; \dfrac{5\pi}{2} \right]$. - а) Решите уравнение $2\sin^2\left(\dfrac{3\pi}{2} + x\right) = \sqrt3\cos x$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -\dfrac{7\pi}{2}; -2\pi \right]$.
Видеоразборы задач
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \sqrt{3}; \sqrt{20} \right]$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{9\pi}{2}; -3\pi \right]$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\sqrt{3}; \sqrt{30} \right]$.
а) Решите уравнение $\cos 2x = 1 - \cos\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right)$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -\dfrac{5\pi}{2}; -\pi \right)$.
а) Решите уравнение $\cos^2 (\pi - x) - \sin \left(x + \dfrac{3\pi}{2} \right) = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[\dfrac{5\pi}{2}; 4\pi \right]$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[\log_5 2; \log_5 20 \right]$.
а) Решите уравнение $8 \sin^2 x + 2\sqrt{3} \cos \left(\dfrac{3\pi}{2} - x\right) = 9$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[- \dfrac{5\pi}{2}; -\pi \right]$.
а) Решите уравнение $2\log_3^2 (2 \cos x) - 5\log_3 (2 \cos x) + 2 = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[\pi; \dfrac{5\pi}{2} \right]$.
а) Решите уравнение $\left(\dfrac{1}{49} \right)^{\sin x} = 7^{2 \sin 2x}$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[\dfrac{3\pi}{2}; 3\pi \right]$.
а) Решите уравнение $\sin x + \left(\cos \dfrac{x}{2} - \sin \dfrac{x}{2}\right)\left(\cos \dfrac{x}{2} + \sin \dfrac{x}{2}\right) = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[\pi; \dfrac{5\pi}{2}\right]$.
а) Решите уравнение $\log_4 (\sin x + \sin 2x + 16) = 2$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие промежутку $\left[ -4\pi; -\dfrac{5\pi}{2} \right]$.
Подборка заданий прошлых лет
- а) Решите уравнение $\dfrac{\sin x}{\sin^2\dfrac{x}{2}} = 4\cos^2\dfrac{x}{2}$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{9\pi}{2}; -3\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Досрочная волна) - а) Решите уравнение $\sqrt{x^3 - 4x^2 - 10x + 29} = 3 - x$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\sqrt{3}; \sqrt{30} \right]$. (ЕГЭ-2018. Досрочная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $2 \sin^2 x + \sqrt2 \sin \left(x + \dfrac{\pi}{4}\right) = \cos x $.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -2\pi; -\dfrac{\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $\sqrt6 \sin^2 x + \cos x = 2\sin\left(x + \dfrac{\pi}{6} \right)$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ 3\pi; \dfrac{9\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $\sin x + 2\sin\left(2x + \dfrac{\pi}{6} \right) = \sqrt3 \sin 2x + 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{7\pi}{2}; -2\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $\cos^2 x + \sin x = \sqrt2 \sin\left(x + \dfrac{\pi}{4} \right)$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -4\pi; -\dfrac{5\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $2 \sin\left(2x + \dfrac{\pi}{3} \right) - \sqrt{3} \sin x = \sin 2x + \sqrt3$.
- а) Решите уравнение $2\sqrt3 \sin\left(x + \dfrac{\pi}{3} \right) - \cos 2x = 3\cos x - 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ 2\pi; \dfrac{7\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $2\sin\left(2x + \dfrac{\pi}{6} \right) - \cos x = \sqrt3\sin 2x - 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{5\pi}{2}; 4\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $\sqrt2\sin\left(\dfrac{\pi}{4} + x \right) + \cos 2x = \sin x - 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{7\pi}{2}; 5\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $\sqrt2\sin\left(2x + \dfrac{\pi}{4} \right) + \sqrt2\cos x = \sin 2x - 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{5\pi}{2}; -\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна) - а) Решите уравнение $2\sin\left(x + \dfrac{\pi}{3} \right) + \cos 2x = \sqrt3\cos x + 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -3\pi; -\dfrac{3\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна)
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \pi; \dfrac{5\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна)- а) Решите уравнение $2\sin\left(x + \dfrac{\pi}{4} \right) + \cos 2x = \sqrt2\cos x + 1$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \pi; \dfrac{5\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $2\cos x - \sqrt3 \sin^2 x = 2\cos^3 x$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{7\pi}{2}; -2\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $2\cos x + \sin^2 x = 2\cos^3 x$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{9\pi}{2}; -3\pi \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $2\sqrt2\sin \left(x + \dfrac{\pi}{3}\right) + 2\cos^2 x = 2 + \sqrt6 \cos x$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -3\pi; -\dfrac{3\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $x - 3\sqrt{x - 1} + 1 = 0$.
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \sqrt{3}; \sqrt{20} \right]$. (ЕГЭ-2018. Основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $2x \cos x - 8\cos x + x - 4 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{\pi}{2};\ \pi \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $\log_3 (x^2 - 2x) = 1$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \log_2 0{,}2;\ \log_2 5 \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $\log_3 (x^2 - 24x) = 4$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \log_2 0{,}1;\ 12\sqrt{5} \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $0{,}4^{\sin x} + 2{,}5^{\sin x} = 2$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ 2\pi;\ \dfrac{7\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна) - а) Решите уравнение $\log_8 \left(7\sqrt{3} \sin x - \cos 2x - 10\right) = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{3\pi}{2};\ 3\pi \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна) - а) Решите уравнение $\log_4 \left(2^{2x} - \sqrt{3} \cos x - 6\sin^2 x\right) = x$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{5\pi}{2};\ 4\pi \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна) - а) Решите уравнение $2\log_2^2 \left(\sin x\right) - 5 \log_2 \left(\sin x\right) - 3 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ - 3\pi;\ - \dfrac{3\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна) - а) Решите уравнение $81^{\cos x} - 12\cdot 9^{\cos x} + 27 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ - 4\pi;\ - \dfrac{5\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2017, основная волна) - а) Решите уравнение $8^x - 9 \cdot 2^{x + 1} + 2^{5 - x} = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \log_5 2;\ \log_5 20 \right]$. (ЕГЭ-2017, досрочная волна) - а) Решите уравнение $2\log^2_9 x - 3 \log_9 x + 1 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \sqrt{10};\ \sqrt{99} \right]$. (ЕГЭ-2016, основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $6\log^2_8 x - 5 \log_8 x + 1 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ 2;\ 2{,}5 \right]$. (ЕГЭ-2016, основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $\sin 2x = 2\sin x + \sin \left(x + \dfrac{3\pi}{2} \right) + 1$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -4\pi;\ -\dfrac{5\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2016, основная волна, резервный день) - а) Решите уравнение $2\cos^2 x + 1 = 2\sqrt{2} \cos \left(\dfrac{3\pi}{2} - x \right)$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{3\pi}{2};\ 3\pi \right]$. (ЕГЭ-2016, основная волна) - а) Решите уравнение $2\log^2_2 (2\cos x) - 9 \log_2 (2\cos x) + 4 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -2\pi;\ -\dfrac{\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2016, основная волна) - а) Решите уравнение $8^x - 7 \cdot 4^x - 2^{x + 4} + 112 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \log_2 5;\ \log_2 11 \right]$. (ЕГЭ-2016, досрочная волна) - а) Решите уравнение $\cos 2x + \cos^2 \left(\dfrac{3\pi}{2} - x \right) = 0,25$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -4\pi;\ -\dfrac{5\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2016, досрочная волна) - а) Решите уравнение $\dfrac{13\sin^2 x - 5\sin x}{13\cos x + 12} = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -3\pi;\ -\dfrac{3\pi}{2} \right]$. (ЕГЭ-2016, досрочная волна) - а) Решите уравнение $\dfrac{\sin2x}{\sin\left(\dfrac{7\pi}{2} - x \right)} = \sqrt{2}$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left$. (ЕГЭ-2015, основная волна) - а) Решите уравнение $4 \sin^2 x = \mathrm{tg} x$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ - \pi;\ 0\right]$. (ЕГЭ-2015, основная волна) - а) Решите уравнение $3\cos 2x - 5\sin x + 1 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \pi;\ \dfrac{5\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2015, основная волна) - а) Решите уравнение $\cos 2x - 5\sqrt{2}\cos x - 5 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -3\pi;\ -\dfrac{3\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2015, основная волна) - а) Решите уравнение $\sin 2x + \sqrt{2} \sin x = 2\cos x + \sqrt{2}$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \pi;\ \dfrac{5\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2015, досрочная волна) - а) Решите уравнение $2\cos^3 x - \cos^2 x + 2\cos x - 1 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ 2\pi;\ \dfrac{7\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2015, досрочная волна) - а) Решите уравнение $\mathrm{tg}^2 x + (1 + \sqrt{3}) \mathrm{tg} x + \sqrt{3} = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{5\pi}{2}; \ 4\pi\right]$. (ЕГЭ-2014, основная волна) - а) Решите уравнение $2\sqrt{3} \cos^2\left(\dfrac{3\pi}{2} + x\right) - \sin 2x = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{3\pi}{2}; \ 3\pi\right]$. (ЕГЭ-2014, основная волна) - а) Решите уравнение $\cos 2x + \sqrt{2} \sin\left(\dfrac{\pi}{2} + x\right) + 1 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -3\pi; \ -\dfrac{3\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2014, основная волна) - а) Решите уравнение $-\sqrt{2} \sin\left(-\dfrac{5\pi}{2} + x\right) \cdot \sin x = \cos x$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ \dfrac{9\pi}{2}; \ 6\pi\right]$. (ЕГЭ-2014, досрочная волна) - а) Решите уравнение $\sin 2x = \sin\left(\dfrac{\pi}{2} + x\right)$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -\dfrac{7\pi}{2}; \ -\dfrac{5\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2013, основная волна) - а) Решите уравнение $6 \sin^2 x + 5\sin\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right) - 2 = 0$.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку $\left[ -5\pi; \ - \dfrac{7\pi}{2}\right]$. (ЕГЭ-2012, вторая волна)
Вы можете заказать подробное решение вашей задачи !!!
Равенство, содержащее неизвестную под знаком тригонометрической функции (`sin x, cos x, tg x` или `ctg x`), называется тригонометрическим уравнением, именно их формулы мы и рассмотрим дальше.
Простейшими называются уравнения `sin x=a, cos x=a, tg x=a, ctg x=a`, где `x` — угол, который нужно найти, `a` — любое число. Запишем для каждого из них формулы корней.
1. Уравнение `sin x=a`.
При `|a|>1` не имеет решений.
При `|a| \leq 1` имеет бесконечное число решений.
Формула корней: `x=(-1)^n arcsin a + \pi n, n \in Z`
2. Уравнение `cos x=a`
При `|a|>1` — как и в случае с синусом, решений среди действительных чисел не имеет.
При `|a| \leq 1` имеет бесконечное множество решений.
Формула корней: `x=\pm arccos a + 2\pi n, n \in Z`
Частные случаи для синуса и косинуса в графиках.
3. Уравнение `tg x=a`
Имеет бесконечное множество решений при любых значениях `a`.
Формула корней: `x=arctg a + \pi n, n \in Z`
4. Уравнение `ctg x=a`
Также имеет бесконечное множество решений при любых значениях `a`.
Формула корней: `x=arcctg a + \pi n, n \in Z`
Формулы корней тригонометрических уравнений в таблице
Для синуса:
Для косинуса:
Для тангенса и котангенса:
Формулы решения уравнений, содержащих обратные тригонометрические функции:
Методы решения тригонометрических уравнений
Решение любого тригонометрического уравнения состоит из двух этапов:
- с помощью преобразовать его до простейшего;
- решить полученное простейшее уравнение, используя выше написанные формулы корней и таблицы.
Рассмотрим на примерах основные методы решения.
Алгебраический метод.
В этом методе делается замена переменной и ее подстановка в равенство.
Пример. Решить уравнение: `2cos^2(x+\frac \pi 6)-3sin(\frac \pi 3 — x)+1=0`
`2cos^2(x+\frac \pi 6)-3cos(x+\frac \pi 6)+1=0`,
делаем замену: `cos(x+\frac \pi 6)=y`, тогда `2y^2-3y+1=0`,
находим корни: `y_1=1, y_2=1/2`, откуда следуют два случая:
1. `cos(x+\frac \pi 6)=1`, `x+\frac \pi 6=2\pi n`, `x_1=-\frac \pi 6+2\pi n`.
2. `cos(x+\frac \pi 6)=1/2`, `x+\frac \pi 6=\pm arccos 1/2+2\pi n`, `x_2=\pm \frac \pi 3-\frac \pi 6+2\pi n`.
Ответ: `x_1=-\frac \pi 6+2\pi n`, `x_2=\pm \frac \pi 3-\frac \pi 6+2\pi n`.
Разложение на множители.
Пример. Решить уравнение: `sin x+cos x=1`.
Решение. Перенесем влево все члены равенства: `sin x+cos x-1=0`. Используя , преобразуем и разложим на множители левую часть:
`sin x — 2sin^2 x/2=0`,
`2sin x/2 cos x/2-2sin^2 x/2=0`,
`2sin x/2 (cos x/2-sin x/2)=0`,
- `sin x/2 =0`, `x/2 =\pi n`, `x_1=2\pi n`.
- `cos x/2-sin x/2=0`, `tg x/2=1`, `x/2=arctg 1+ \pi n`, `x/2=\pi/4+ \pi n`, `x_2=\pi/2+ 2\pi n`.
Ответ: `x_1=2\pi n`, `x_2=\pi/2+ 2\pi n`.
Приведение к однородному уравнению
Вначале нужно данное тригонометрическое уравнение привести к одному из двух видов:
`a sin x+b cos x=0` (однородное уравнение первой степени) или `a sin^2 x + b sin x cos x +c cos^2 x=0` (однородное уравнение второй степени).
Потом разделить обе части на `cos x \ne 0` — для первого случая, и на `cos^2 x \ne 0` — для второго. Получим уравнения относительно `tg x`: `a tg x+b=0` и `a tg^2 x + b tg x +c =0`, которые нужно решить известными способами.
Пример. Решить уравнение: `2 sin^2 x+sin x cos x — cos^2 x=1`.
Решение. Запишем правую часть, как `1=sin^2 x+cos^2 x`:
`2 sin^2 x+sin x cos x — cos^2 x=` `sin^2 x+cos^2 x`,
`2 sin^2 x+sin x cos x — cos^2 x -` ` sin^2 x — cos^2 x=0`
`sin^2 x+sin x cos x — 2 cos^2 x=0`.
Это однородное тригонометрическое уравнение второй степени, разделим его левую и правую части на `cos^2 x \ne 0`, получим:
`\frac {sin^2 x}{cos^2 x}+\frac{sin x cos x}{cos^2 x} — \frac{2 cos^2 x}{cos^2 x}=0`
`tg^2 x+tg x — 2=0`. Введем замену `tg x=t`, в результате `t^2 + t — 2=0`. Корни этого уравнения: `t_1=-2` и `t_2=1`. Тогда:
- `tg x=-2`, `x_1=arctg (-2)+\pi n`, `n \in Z`
- `tg x=1`, `x=arctg 1+\pi n`, `x_2=\pi/4+\pi n`, ` n \in Z`.
Ответ. `x_1=arctg (-2)+\pi n`, `n \in Z`, `x_2=\pi/4+\pi n`, `n \in Z`.
Переход к половинному углу
Пример. Решить уравнение: `11 sin x — 2 cos x = 10`.
Решение. Применим формулы двойного угла, в результате: `22 sin (x/2) cos (x/2) -` `2 cos^2 x/2 + 2 sin^2 x/2=` `10 sin^2 x/2+10 cos^2 x/2`
`4 tg^2 x/2 — 11 tg x/2 +6=0`
Применив описанный выше алгебраический метод, получим:
- `tg x/2=2`, `x_1=2 arctg 2+2\pi n`, `n \in Z`,
- `tg x/2=3/4`, `x_2=arctg 3/4+2\pi n`, `n \in Z`.
Ответ. `x_1=2 arctg 2+2\pi n, n \in Z`, `x_2=arctg 3/4+2\pi n`, `n \in Z`.
Введение вспомогательного угла
В тригонометрическом уравнении `a sin x + b cos x =c`, где a,b,c — коэффициенты, а x — переменная, разделим обе части на `sqrt {a^2+b^2}`:
`\frac a{sqrt {a^2+b^2}} sin x +` `\frac b{sqrt {a^2+b^2}} cos x =` `\frac c{sqrt {a^2+b^2}}`.
Коэффициенты в левой части имеют свойства синуса и косинуса, а именно сумма их квадратов равна 1 и их модули не больше 1. Обозначим их следующим образом: `\frac a{sqrt {a^2+b^2}}=cos \varphi`, ` \frac b{sqrt {a^2+b^2}} =sin \varphi`, `\frac c{sqrt {a^2+b^2}}=C`, тогда:
`cos \varphi sin x + sin \varphi cos x =C`.
Подробнее рассмотрим на следующем примере:
Пример. Решить уравнение: `3 sin x+4 cos x=2`.
Решение. Разделим обе части равенства на `sqrt {3^2+4^2}`, получим:
`\frac {3 sin x} {sqrt {3^2+4^2}}+` `\frac{4 cos x}{sqrt {3^2+4^2}}=` `\frac 2{sqrt {3^2+4^2}}`
`3/5 sin x+4/5 cos x=2/5`.
Обозначим `3/5 = cos \varphi` , `4/5=sin \varphi`. Так как `sin \varphi>0`, `cos \varphi>0`, то в качестве вспомогательного угла возьмем `\varphi=arcsin 4/5`. Тогда наше равенство запишем в виде:
`cos \varphi sin x+sin \varphi cos x=2/5`
Применив формулу суммы углов для синуса, запишем наше равенство в следующем виде:
`sin (x+\varphi)=2/5`,
`x+\varphi=(-1)^n arcsin 2/5+ \pi n`, `n \in Z`,
`x=(-1)^n arcsin 2/5-` `arcsin 4/5+ \pi n`, `n \in Z`.
Ответ. `x=(-1)^n arcsin 2/5-` `arcsin 4/5+ \pi n`, `n \in Z`.
Дробно-рациональные тригонометрические уравнения
Это равенства с дробями, в числителях и знаменателях которых есть тригонометрические функции.
Пример. Решить уравнение. `\frac {sin x}{1+cos x}=1-cos x`.
Решение. Умножим и разделим правую часть равенства на `(1+cos x)`. В результате получим:
`\frac {sin x}{1+cos x}=` `\frac {(1-cos x)(1+cos x)}{1+cos x}`
`\frac {sin x}{1+cos x}=` `\frac {1-cos^2 x}{1+cos x}`
`\frac {sin x}{1+cos x}=` `\frac {sin^2 x}{1+cos x}`
`\frac {sin x}{1+cos x}-` `\frac {sin^2 x}{1+cos x}=0`
`\frac {sin x-sin^2 x}{1+cos x}=0`
Учитывая, что знаменатель равным быть нулю не может, получим `1+cos x \ne 0`, `cos x \ne -1`, ` x \ne \pi+2\pi n, n \in Z`.
Приравняем к нулю числитель дроби: `sin x-sin^2 x=0`, `sin x(1-sin x)=0`. Тогда `sin x=0` или `1-sin x=0`.
- `sin x=0`, `x=\pi n`, `n \in Z`
- `1-sin x=0`, `sin x=-1`, `x=\pi /2+2\pi n, n \in Z`.
Учитывая, что ` x \ne \pi+2\pi n, n \in Z`, решениями будут `x=2\pi n, n \in Z` и `x=\pi /2+2\pi n`, `n \in Z`.
Ответ. `x=2\pi n`, `n \in Z`, `x=\pi /2+2\pi n`, `n \in Z`.
Тригонометрия, и тригонометрические уравнения в частности, применяются почти во всех сферах геометрии, физики, инженерии. Начинается изучение в 10 классе, обязательно присутствуют задания на ЕГЭ, поэтому постарайтесь запомнить все формулы тригонометрических уравнений — они вам точно пригодятся!
Впрочем, даже запоминать их не нужно, главное понять суть, и уметь вывести. Это не так и сложно, как кажется. Убедитесь сами, просмотрев видео.
а) Решите уравнение: .
б) Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку .
Решение задачи
В данном уроке рассматривается пример решения тригонометрического уравнения, который можно использовать в качестве примера для решения задач типа С1 при подготовке к ЕГЭ по математике.
Прежде всего, определяется область определения функции – все допустимые значения аргумента . Затем, в ходе решения выполняется преобразование тригонометрической функции синуса в косинус с применением формулы приведения. Далее все члены уравнения переносятся в его левую часть, где производится вынесение за скобки общего множителя. Каждый множитель приравнивается к нулю, что и позволяет определить корни уравнения. Затем методом витков определяются корни, принадлежащие заданному отрезку. Для этого на построенной единичной окружности отмечается виток от левой границы заданного отрезка к правой. Далее найденные корни на единичной окружности соединяются отрезками с ее центром и определяются точки, в которых эти отрезки пересекают виток. Данные точки пересечения и являются искомым ответом на вторую часть задачи.
Обязательный минимум знаний
sin x = a, -1 a 1 (a 1)x = arcsin a + 2 n, n Z
x = - arcsin a + 2 n, n Z
или
x = (- 1)k arcsin a + k, k Z
arcsin (- a) = - arcsin a
sin x = 1
x = /2 + 2 k, k Z
sin x = 0
x = k, k Z
sin x = - 1
x = - /2 + 2 k, k Z
y
y
x
y
x
x
Обязательный минимум знаний
cos x = a, -1 a 1 (a 1)x = arccos a + 2 n, n Z
arccos (- a) = - arccos a
cos x = 1
x = 2 k, k Z
cos x = 0
x = /2 + k, k Z
y
y
x
cos x = - 1
x = + 2 k, k Z
y
x
x
Обязательный минимум знаний
tg x = a, a Rx = arctg a + n, n Z
ctg x = a, a R
x = arcctg a + n, n Z
arctg (- a) = - arctg a
arctg (- a) = - arctg a Свести уравнение к одной функции
Свести к одному аргументу
Некоторые методы решения
тригонометрических уравнений
Применение тригонометрических формул
Использование формул сокращённого умножения
Разложение на множители
Сведение к квадратному уравнению относительно sin x, cos x, tg x
Введением вспомогательного аргумента
Делением обеих частей однородного уравнения первой степени
(asin x +bcosx = 0) на cos x
Делением обеих частей однородного уравнения второй степени
(a sin2 x +bsin x cos x+ c cos2x =0) на cos2 x
Устные упражнения Вычислите
arcsin ½arcsin (- √2/2)
arccos √3/2
arccos (-1/2)
arctg √3
arctg (-√3/3)
= /6
= - /4
= /6
= - arccos ½ = - /3 = 2 /3
= /3
= - /6
(с помощью тригонометрической окружности)
cos 2x = ½, x [- /2; 3 /2]
2x = ± arccos ½ + 2 n, n Z
2x = ± /3 + 2 n, n Z
x = ± /6 + n, n Z
Отберём корни с помощью тригонометрической окружности
Ответ: - /6; /6; 5 /6; 7 /6
Различные способы отбора корней
Найти корни уравнения, принадлежащие данному промежуткуsin 3x = √3/2, x [- /2; /2]
3x = (– 1)k /3 + k, k Z
x = (– 1)k /9 + k/3, k Z
Отберём корни с помощью перебора значений k:
k = 0, x = /9 – принадлежит промежутку
k = 1, x = – /9 + /3 = 2 /9 – принадлежит промежутку
k = 2, x = /9 + 2 /3 = 7 /9 – не принадлежит промежутку
k = – 1, x = – /9 – /3 = – 4 /9 – принадлежит промежутку
k = – 2, x = /9 – 2 /3 = – 5 /9 – не принадлежит промежутку
Ответ: -4 /9; /9; 2 /9
Различные способы отбора корней
Найти корни уравнения, принадлежащие данному промежутку(с помощью неравенства)
tg 3x = – 1, x (- /2;)
3x = – /4 + n, n Z
x = – /12 + n/3, n Z
Отберём корни с помощью неравенства:
– /2 < – /12 + n/3 < ,
– 1/2 < – 1/12 + n/3 < 1,
– 1/2 + 1/12 < n/3 < 1+ 1/12,
– 5/12 < n/3 < 13/12,
– 5/4 < n < 13/4, n Z,
n = – 1; 0; 1; 2; 3
n = – 1, x = – /12 – /3 = – 5 /12
n = 0, x = – /12
n = 1, x = – /12 + /3 = /4
n = 2, x = – /12 + 2 /3 = 7 /12
n = 3, x = – /12 + = 11 /12
Ответ: – 5 /12; – /12; /4; 7 /12; 11 /12
10. Различные способы отбора корней
Найти корни уравнения, принадлежащие данному промежутку(с помощью графика)
cos x = – √2/2, x [–4; 5 /4]
x = arccos (– √2/2) + 2 n, n Z
x = 3 /4 + 2 n, n Z
Отберём корни с помощью графика:
x = – /2 – /4 = – 3 /4; x = – – /4 = – 5 /4
Ответ: 5 /4; 3 /4
11. 1. Решить уравнение 72cosx = 49sin2x и указать его корни на отрезке [; 5/2]
1. Решить уравнение 72cosx = 49sin2xи указать его корни на отрезке [ ; 5 /2]
Решим уравнение:
72cosx = 49sin2x,
72cosx = 72sin2x,
2cos x = 2sin 2x,
cos x – 2 sinx cosx = 0,
cos x (1 – 2sinx) = 0,
cos x = 0 ,
x = /2 + k, k Z
или
1 – 2sinx = 0,
sin x = ½,
x = (-1)n /6 + n, n Z
Проведём отбор корней с помощью
тригонометрической окружности:
x = 2 + /6 = 13 /6
Ответ:
а) /2 + k, k Z, (-1)n /6 + n, n Z
б) 3 /2; 5 /2; 13 /6
12. 2. Решить уравнение 4cos2 x + 8 cos (x – 3/2) +1 = 0 Найти его корни на отрезке
2. Решить уравнение 4cos2 x + 8 cos (x – 3 /2) +1 = 0Найти его корни на отрезке
4cos2 x + 8 cos (x – 3 /2) +1 = 0
4cos2x + 8 cos (3 /2 – x) +1 = 0,
4cos2x – 8 sin x +1 = 0,
4 – 4sin2 x – 8 sin x +1 = 0,
4sin 2x + 8sin x – 5 = 0,
D/4 = 16 + 20 = 36,
sin x = – 2,5
или
sin x = ½
x = (-1)k /6 + k, k Z
13. Проведем отбор корней на отрезке (с помощью графиков)
Проведем отбор корней на отрезке(с помощью графиков)
sin x = ½
Построим графики функций y = sin x и y = ½
x = 4 + /6 = 25 /6
Ответ: а) (-1)k /6 + k, k Z; б) 25 /6
14. 3. Решить уравнение Найти его корни на отрезке
4 – cos2 2x = 3 sin2 2x + 2 sin 4x4 (sin2 2x + cos2 2x) – cos2 2x = 3 sin2 2x + 4 sin 2x cos 2x,
sin2 2x + 3 cos2 2x – 4 sin 2x cos 2x = 0
Если cos2 2x = 0, то sin2 2x = 0, что невозможно, поэтому
cos2 2x 0 и обе части уравнения можно разделить на cos2 2x.
tg22x + 3 – 4 tg 2x = 0,
tg22x – 4 tg 2x + 3= 0,
tg 2x = 1,
2x = /4 + n, n Z
x = /8 + n/2, n Z
или
tg 2x = 3,
2x = arctg 3 + k, k Z
x = ½ arctg 3 + k/2, k Z
15.
4 – cos2 2x = 3 sin2 2x + 2 sin 4xx = /8 + n/2, n Z или x = ½ arctg 3 + k/2, k Z
Так как 0 < arctg 3< /2,
0 < ½ arctg 3< /4, то ½ arctg 3
является решением
Так как 0 < /8 < /4 < 1,значит /8
также является решением
Другие решения не попадут в
промежуток , так как они
получаются из чисел ½ arctg 3 и /8
прибавлением чисел, кратных /2.
Ответ: а) /8 + n/2, n Z ; ½ arctg 3 + k/2, k Z
б) /8; ½ arctg 3
16. 4. Решить уравнение log5(cos x – sin 2x + 25) = 2 Найти его корни на отрезке
4. Решить уравнение log5(cos x – sin 2x + 25) = 2Найти его корни на отрезке
Решим уравнение:
log5(cos x – sin 2x + 25) = 2
ОДЗ: cos x – sin 2x + 25 > 0,
cos x – sin 2x + 25 = 25, 25 > 0,
cos x – 2sin x cos x = 0,
cos x (1 – 2sin x) = 0,
cos x = 0,
x = /2 + n, n Z
или
1 – 2sinx = 0,
sin x = 1/2
x = (-1)k /6 + k, k Z
17.
Проведём отбор корней на отрезкеПроведём отбор корней на отрезке :
1) x = /2 + n, n Z
2 /2 + n 7 /2, n Z
2 1/2 + n 7/2, n Z
2 – ½ n 7/2 – ½, n Z
1,5 n 3, n Z
n = 2; 3
x = /2 + 2 = 5 /2
x = /2 + 3 = 7 /2
2) sin x = 1/2
x = 2 + /6 = 13 /6
x = 3 – /6 = 17 /6
Ответ: а) /2 + n, n Z ; (-1)k /6 + k, k Z
б) 13 /6 ; 5 /2; 7 /2; 17 /6
18. 5. Решить уравнение 1/sin2x + 1/sin x = 2 Найти его корни на отрезке [-5/2; -3/2]
5. Решить уравнение 1/sin2x + 1/sin x = 2Найти его корни на отрезке [-5 /2; -3 /2]
Решим уравнение:
1/sin2x + 1/sin x = 2
x k
Замена 1/sin x = t,
t2 + t = 2,
t2 + t – 2 = 0,
t1= – 2, t2 = 1
1/sin x = – 2,
sin x = – ½,
x = – /6 + 2 n, n Z
или
x = – 5 /6 + 2 n, n Z
1/sin x = 1,
sin x = 1,
x = /2 + 2 n, n Z
Исключается эта серия корней, т.к. -150º+ 360ºn выходит за пределы
заданного промежутка [-450º; -270º]
19.
Продолжим отбор корней на отрезкеРассмотрим остальные серии корней и проведём отбор корней
на отрезке [-5 /2; -3 /2] ([-450º; -270º]):
1) x = - /6 + 2 n, n Z
2) x = /2 + 2 n, n Z
-5 /2 - /6 + 2 n -3 /2, n Z
-5 /2 /2 + 2 n -3 /2, n Z
-5/2 -1/6 + 2n -3/2, n Z
-5/2 1/2 + 2n -3/2, n Z
-5/2 +1/6 2n -3/2 + 1/6, n Z
-5/2 - 1/2 2n -3/2 - 1/2, n Z
– 7/3 2n -4/3, n Z
– 3 2n -2, n Z
-7/6 n -2/3, n Z
-1,5 n -1, n Z
n = -1
n = -1
x = - /6 - 2 = -13 /6 (-390º)
x = /2 - 2 = -3 /2 (-270º)
Ответ: а) /2 + 2 n, n Z ; (-1)k+1 /6 + k, k Z
б) -13 /6 ; -3 /2
20. 6. Решить уравнение |sin x|/sin x + 2 = 2cos x Найти его корни на отрезке [-1; 8]
Решим уравнение|sin x|/sin x + 2 = 2cos x
1)Если sin x >0, то |sin x| =sin x
Уравнение примет вид:
2 cos x=3,
cos x =1,5 – не имеет корней
2) Если sin x <0, то |sin x| =-sin x
и уравнение примет вид
2cos x=1, cos x = 1/2,
x = ±π/3 +2πk, k Z
Учитывая, что sin x < 0, то
остаётся одна серия ответа
x = - π/3 +2πk, k Z
Произведём отбор корней на
отрезке [-1; 8]
k=0, x= - π/3 , - π < -3, - π/3 < -1,
-π/3 не принадлежит данному
отрезку
k=1, x = - π/3 +2π = 5π/3<8,
5 π/3 [-1; 8]
k=2, x= - π/3 + 4π = 11π/3 > 8,
11π/3 не принадлежит данному
отрезку.
Ответ: а) - π/3 +2πk, k Z
б) 5
π/3
21. 7. Решить уравнение 4sin3x=3cos(x- π/2) Найти его корни на промежутке
8. Решить уравнение √1-sin2x= sin xНайти его корни на промежутке
Решим уравнение √1-sin2x= sin x.
sin x ≥ 0,
1- sin2x = sin2x;
sin x ≥ 0,
2sin2x = 1;
sin x≥0,
sin x =√2/2; sin x = - √2/2;
sin x =√2/2
x=(-1)k /4 + k, k Z
sin x =√2/2
25. Проведём отбор корней на отрезке
Проведём отбор корней на отрезкеx=(-1)k /4 + k, k Z
sin x =√2/2
у =sin x и у=√2/2
5 /2 + /4 = 11 /4
Ответ: а) (-1)k /4 + k, k Z ;б) 11 /4
26. 9. Решить уравнение (sin2x + 2 sin2x)/√-cos x =0 Найти его корни на промежутке [-5; -7/2]
9. Решить уравнение (sin2x + 2 sin2x)/√-cos x =0Найти его корни на промежутке [-5 ; -7 /2]
Решим уравнение
(sin2x + 2 sin2x)/√-cos x =0.
1) ОДЗ: cos x <0 ,
/2 +2 n
2 sinx∙cos x + 2 sin2x =0,
sin x (cos x+ sin x) =0,
sin x=0, x= n, n Z
или
cos x+ sin х=0 | : cos x,
tg x= -1, x= - /4 + n, n Z
C учётом ОДЗ
x= n, n Z, x= +2 n, n Z;
x= - /4 + n, n Z,
x= 3 /4 + 2 n, n Z
27. Отберём корни на заданном отрезке
Отберём корни на заданномотрезке [-5 ; -7 /2]
x= +2 n, n Z ;
-5 ≤ +2 n ≤ -7 /2,
-5-1 ≤ 2n ≤ -7/2-1,
-3≤ n ≤ -9/4, n Z
n = -3, x= -6 = -5
x= 3 /4 + 2 n, n Z
-5 ≤ 3 /4 + 2 n ≤ -7 /2
-23/8 ≤ n ≤ -17/8, нет такого
целого n.
Ответ: а) +2 n, n Z ;
3 /4 + 2 n, n Z ;
б) -5 .
28. 10. Решить уравнение 2sin2x =4cos x –sinx+1 Найти его корни на промежутке [/2; 3/2]
10. Решить уравнение 2sin2x =4cos x –sinx+1Найти его корни на промежутке [ /2; 3 /2]
Решим уравнение
2sin2x = 4cos x – sinx+1
2sin2x = 4cos x – sinx+1,
4 sinx∙cos x – 4cos x + sin x -1 = 0,
4cos x(sin x – 1) + (sin x – 1) = 0,
(sin x – 1)(4cos x +1)=0,
sin x – 1= 0, sin x = 1, x = /2+2 n, n Z
или
4cos x +1= 0, cos x = -0,25
x = ± (-arccos (0,25)) + 2 n, n Z
Запишем корни этого уравнения иначе
x = - arccos(0,25) + 2 n,
x = -(- arccos(0,25)) + 2 n, n Z
29. Отберём корни с помощью окружности
x = /2+2 n, n Z, х = /2;x = -arccos(0,25)+2 n,
х=-(-arccos(0,25)) +2 n, n Z,
x = - arccos(0,25),
x = + arccos(0,25)
Ответ: а) /2+2 n,
-arccos(0,25)+2 n,
-(-arccos(0,25)) +2 n, n Z;
б) /2;
-arccos(0,25); +arccos(0,25)
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
Sqrt(2)cos^2x - cosx = 0
Cosx(sqrt(2)cosx - 1) = 0
X1 = Pi/2 + Pin, n ∈ Z
Sqrt(2)cosx - 1 = 0
Cosx = 1/sqrt(2)
Cosx = sqrt(2)/2
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.
