ติดตรงนี้? แก้มันด้วย AI
Trigonometry · real student question

จงแก้สมการตรีโกณมิติ sin x - 2 cos 2x = 1 พร้อมให้ผลเฉลยทั่วไป

Question

จงแก้สมการตรีโกณมิติ

sin⁡x−2cos⁡2x=1\sin x-2\cos 2x=1

พร้อมให้ผลเฉลยทั่วไป

Step-by-step solution

  1. เขียนทุกอย่างใหม่ในรูปฟังก์ชันตรีโกณมิติตัวเดียว สมการนี้ปนมุม xx กับมุม 2x2x ซึ่งแก้ตรง ๆ ไม่ได้ ในบรรดาเอกลักษณ์มุมสองเท่าทั้งสามรูป ให้เลือกรูปที่เขียนด้วยไซน์ล้วน เพราะอีกพจน์หนึ่งคือ sin⁡x\sin x

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

  2. แทนค่าแล้วรวมพจน์

    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.

    ตอนนี้สมการกลายเป็นสมการกำลังสองในปริมาณตัวเดียวแล้ว

  3. แก้สมการกำลังสอง ให้ t=sin⁡xt=\sin x จะได้ 4t2+t−3=04t^{2}+t-3=0 ดิสคริมิแนนต์คือ D=12−4(4)(−3)=49D=1^{2}-4(4)(-3)=49 ซึ่งเป็นกำลังสองสมบูรณ์ ดังนั้น

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

    ค่าทั้งสองอยู่ในช่วง [−1,1][-1,1] จึงไม่ต้องตัดทิ้งตัวใด ให้ตรวจข้อนี้เสมอ เพราะรากที่อยู่นอก [−1,1][-1,1] จะเป็นคำตอบแปลกปลอม

  4. แก้ sin⁡x=34\sin x=\tfrac34 ค่านี้ไม่ใช่มุมมาตรฐาน คำตอบจึงคงอยู่ในรูป arcsin⁡\arcsin ไซน์มีค่าเท่ากับ 34\tfrac34 หนึ่งครั้งในจตุภาคที่หนึ่งและอีกครั้งในจตุภาคที่สอง

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

    ซึ่งสูตรกะทัดรัด x=(−1)narcsin⁡34+πnx=(-1)^{n}\arcsin\frac{3}{4}+\pi n รวบไว้ในบรรทัดเดียว เชิงตัวเลข arcsin⁡34≈0.8481\arcsin\tfrac34\approx 0.8481 เรเดียน ≈48.59∘\approx 48.59^{\circ}

  5. แก้ sin⁡x=−1\sin x=-1 ตรงนี้ไซน์แตะค่าต่ำสุดของมัน ซึ่งเกิดขึ้นเพียงจุดเดียวต่อคาบ จึงมีตระกูลคำตอบเดียว

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

  6. ตรวจทั้งสองตระกูลกับสมการเดิม ที่ 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 ที่ x=−π2x=-\tfrac{\pi}{2}: −1−2cos⁡(−π)=−1+2=1-1-2\cos(-\pi)=-1+2=1 ทั้งคู่สอดคล้องกับสมการ เซตคำตอบจึงเป็นยูเนียนของสองตระกูลนี้

Answer

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

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