Застряли на этом? Решите с помощью ИИ
Trigonometry · real student question

Решите тригонометрическое уравнение sin x − 2 cos 2x = 1 и запишите общее решение.

Question

Решите тригонометрическое уравнение

sin⁡x−2cos⁡2x=1\sin x-2\cos 2x=1

и запишите общее решение.

Step-by-step solution

  1. Приведём всё к одной тригонометрической функции. В уравнении смешаны углы xx и 2x2x, а в таком виде оно не решается. Из трёх видов формулы косинуса двойного угла берём тот, который записан только через синус, — ведь второе слагаемое как раз sin⁡x\sin x:

    cos⁡2x=1−2sin⁡2x.\cos 2x=1-2\sin^{2}x.

  2. Подставим и приведём подобные.

    sin⁡x−2(1−2sin⁡2x)=1 ⟹ sin⁡x−2+4sin⁡2x=1,\sin x-2\left(1-2\sin^{2}x\right)=1\ \Longrightarrow\ \sin x-2+4\sin^{2}x=1,

    4sin⁡2x+sin⁡x−3=0.4\sin^{2}x+\sin x-3=0.

    Теперь это обычное квадратное уравнение относительно одной величины.

  3. Решим квадратное уравнение. Положим t=sin⁡xt=\sin x, тогда 4t2+t−3=04t^{2}+t-3=0. Дискриминант D=12−4(4)(−3)=49D=1^{2}-4(4)(-3)=49 — точный квадрат, поэтому

    t=−1±78 ⟹ t1=34,t2=−1.t=\frac{-1\pm 7}{8}\ \Longrightarrow\ t_{1}=\frac{3}{4},\qquad t_{2}=-1.

    Оба значения принадлежат отрезку [−1,1][-1,1], так что отбрасывать ничего не нужно. Эту проверку делать обязательно: корень вне [−1,1][-1,1] был бы посторонним.

  4. Решим sin⁡x=34\sin x=\tfrac34. Такое значение не соответствует табличному углу, поэтому ответ остаётся через arcsin⁡\arcsin. Синус принимает значение 34\tfrac34 один раз в первой четверти и один раз во второй:

    x=arcsin⁡34+2πnилиx=π−arcsin⁡34+2πn,n∈Z,x=\arcsin\frac{3}{4}+2\pi n\quad\text{или}\quad x=\pi-\arcsin\frac{3}{4}+2\pi n,\qquad n\in\mathbb{Z},

    а компактная запись x=(−1)narcsin⁡34+πnx=(-1)^{n}\arcsin\frac{3}{4}+\pi n объединяет обе серии в одну строку. Численно arcsin⁡34≈0.8481\arcsin\tfrac34\approx 0.8481 рад ≈48.59∘\approx 48.59^{\circ}.

  5. Решим sin⁡x=−1\sin x=-1. Здесь синус достигает своего минимума, а это происходит ровно в одной точке за период, поэтому серия только одна:

    x=−π2+2πn(то же самое, что x=3π2+2πn),n∈Z.x=-\frac{\pi}{2}+2\pi n\quad\left(\text{то же самое, что }x=\frac{3\pi}{2}+2\pi n\right),\qquad n\in\mathbb{Z}.

  6. Проверим обе серии в исходном уравнении. При x=arcsin⁡34≈0.8481x=\arcsin\tfrac34\approx 0.8481: sin⁡x−2cos⁡2x=0.75−2(−0.125)=1\sin x-2\cos 2x=0.75-2(-0.125)=1. При x=−π2x=-\tfrac{\pi}{2}: −1−2cos⁡(−π)=−1+2=1-1-2\cos(-\pi)=-1+2=1. Обе серии подходят, значит множество решений — объединение двух серий.

Answer

x=(−1)narcsin⁡34+πnилиx=−π2+2πn,n∈Zx=(-1)^{n}\arcsin\frac{3}{4}+\pi n\quad\text{или}\quad x=-\frac{\pi}{2}+2\pi n,\qquad n\in\mathbb{Z}

Need to solve a different problem like this? Open the solver →