Справочный материал
Примеры
Обратите внимание!
Видео
Модели
Пройти тесты
Тригонометрическими называют уравнения, содержащие тригонометрические функции.
Например, уравнения и – тригонометрические.
Простейшие тригонометрические уравнения
К простейшим тригонометрическим уравнениям относят уравнения вида: .
Рассмотрим их решения.
1. Если уравнение имеет вид , то при условии, что
. (5.20)
Частные случаи:
а) если то
; (5.21)
б) если , то
; (5.22)
в) если , то
. (5.23)
2. Если уравнение имеет вид , то при условии, что
. (5.24)
Частные случаи:
а) если , то
(5.25)
б) если , то
; (5.26)
в) если , то
. (5.27)
3. Если уравнение имеет вид , то при ,
. (5.28)
4. Если уравнение имеет вид , то при
. (5.29)
Методы решений тригонометрических уравнений
1. Метод подстановки.
2. Решение однородных уравнений относительно и .
Однородным уравнением первой степени называют уравнение вида
. (5.30)
Чтобы решить однородное уравнение, необходимо разделить обе его части на :
или ,
откуда .
Однородным уравнением второй степени называют уравнение вида
. (5.31)
Чтобы решить это уравнение, необходимо разделить обе его части на :
.
Решая квадратное уравнение относительно , получим простейшие уравнения вида .
3. Преобразования уравнений с помощью формул тригонометрии.
4. Решение уравнений вида
(5.32)
методом введения вспомогательного аргумента.
Чтобы ввести вспомогательный аргумент, необходимо разделить обе части уравнения 5.32 на число , т. е. записать данное уравнение в виде:
. (5.32.1)
Применяя подстановку и , получим: , .
Решая это уравнение при условии, что , найдем значения переменной :
.
Заметим: 1) вспомогательный аргумент может быть записан в виде или в виде ;
2) если применить подстановку , то уравнение примет вид: , .
6. Решение уравнений помощью универсальной тригонометрической подстановки и .
В результате подстановки изменится область определения уравнения, что может привести к потере корней.
С помощью универсальной тригонометрической подстановки можно решать и уравнение вида . В результате подстановки это уравнение примет вид: .
Решая квадратное уравнение относительно , найдем корни уравнения .
Пример 1. Решите уравнение .
Решение. Зная, что , запишем . Подставляя значение в исходное уравнение, получим:
Полученное уравнение равносильно совокупности двух простейших уравнений:
2) , откуда , поскольку областью значений функции является отрезок , а число не принадлежит этому отрезку.
Ответ: .
Пример 2. Решите уравнение .
Решение. Запишем уравнение в виде .
ОДЗ:
Выполним преобразования:
.
Запишем: , а . Подставляя эти выражения в последнее уравнение, получим: . Поскольку , то .
Выполним дальнейшие преобразования:
Полученное уравнение равносильно совокупности трех уравнений: простейшего уравнения и двух однородных уравнений 5.30. Рассмотрим их решения:
Объединим решения второго и третьего уравнений. С этой целью отберем несколько последовательных корней этих уравнений:
если , то ; если , то ;
если , то ; если , то .
Нанесем полученные числа на координатную прямую (рис. 5.8).
Замечая, что , запишем: где .
Ответ: .
Пример 3. Найдите количество корней уравнения на отрезке .
Решение. Поскольку то исходное уравнение запишем в виде или .
Полагая и возводя обе части этого равенства в квадрат, получим , тогда и .
В результате подстановки уравнение примет вид:
откуда или .
Учитывая подстановку, решим два уравнения вида 5.30:
1) откуда по формуле 5.28 , где ;
2) , откуда , так как и .
Определим количество корней уравнения на отрезке , решая двойное неравенство откуда . Следовательно, и уравнение на заданном отрезке имеет один корень.
Ответ: .
Пример 4. Найдите сумму всех корней уравнения , принадлежащих отрезку .
Решение. Учитывая основной период функции синус и применяя формулу приведения, получим:
Решим уравнения:
Произведем отбор корней уравнения на отрезке (рис. 5.9).
Если то при получим , а при получим .
Если , то при получим .
Найдем сумму полученных корней уравнения: .
Ответ: .
Пример 5. Укажите количество корней уравнения , принадлежащих отрезку .
Решение. Запишем уравнение в виде .
Так как то .
Получили уравнение вида 5.31. Разделим обе его части на и решим квадратное уравнение относительно : , откуда или .
На отрезке построим графики функций (рис. 5.10).
Поскольку график функции пересекает прямые и в двух точках, то исходное уравнение имеет два корня.
Ответ: .
Пример 6. Решите уравнение .
Разделив обе части уравнения на число , получим: .
Применим подстановку откуда .
Уравнение примет вид или . По формуле 5.20, получим:
.
Ответ: .
Пример 7. Найдите среднее арифметическое корней уравнения .
Решение. Зная, что областью определения функции арккосинус является отрезок , запишем ОДЗ уравнения: .
Заменим уравнение равносильным ему на ОДЗ уравнением или , откуда и .
Поскольку оба полученных корня принадлежат области допустимых значений уравнения, то найдем их среднее арифметическое: .
Ответ: .
Пример 8. Решите уравнение .
Решение. Запишем уравнение в виде:
.
Так как и при любых действительных значениях переменной , то данное уравнение равносильно системе уравнений
Рассмотрим каждое уравнение системы.
1) Уравнение равносильно совокупности уравнений:
2) Уравнение равносильно совокупности уравнений:
Поскольку корни и рассматриваемых уравнений совпадают, а множество корней включает в себя множество корней , то решением системы уравнений, а значит и уравнения , является совокупность решений
Ответ:
Пример 9. Найдите число решений уравнения , если .
Решение.Так как и , то данное уравнение равносильно системе уравнений:
Проведем отбор корней уравнения на отрезке : если , то ; если , то ; если , то .
Получили две пары решений уравнения: и .
Ответ: .
1. Уравнения и имеют решения только при .
2. Уравнения и имеют решения при .