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4sin(x)-4cos(x)=2

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解答

4sin(x)−4cos(x)=2

解答

x=−2.71756…+2πn,x=1.14676…+2πn
+1
度数
x=−155.70481…∘+360∘n,x=65.70481…∘+360∘n
求解步骤
4sin(x)−4cos(x)=2
两边加上 4cos(x)4sin(x)=2+4cos(x)
两边进行平方(4sin(x))2=(2+4cos(x))2
两边减去 (2+4cos(x))216sin2(x)−4−16cos(x)−16cos2(x)=0
使用三角恒等式改写
−4−16cos(x)−16cos2(x)+16sin2(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=−4−16cos(x)−16cos2(x)+16(1−cos2(x))
化简 −4−16cos(x)−16cos2(x)+16(1−cos2(x)):−32cos2(x)−16cos(x)+12
−4−16cos(x)−16cos2(x)+16(1−cos2(x))
乘开 16(1−cos2(x)):16−16cos2(x)
16(1−cos2(x))
使用分配律: a(b−c)=ab−aca=16,b=1,c=cos2(x)=16⋅1−16cos2(x)
数字相乘:16⋅1=16=16−16cos2(x)
=−4−16cos(x)−16cos2(x)+16−16cos2(x)
化简 −4−16cos(x)−16cos2(x)+16−16cos2(x):−32cos2(x)−16cos(x)+12
−4−16cos(x)−16cos2(x)+16−16cos2(x)
对同类项分组=−16cos(x)−16cos2(x)−16cos2(x)−4+16
同类项相加:−16cos2(x)−16cos2(x)=−32cos2(x)=−16cos(x)−32cos2(x)−4+16
数字相加/相减:−4+16=12=−32cos2(x)−16cos(x)+12
=−32cos2(x)−16cos(x)+12
=−32cos2(x)−16cos(x)+12
12−16cos(x)−32cos2(x)=0
用替代法求解
12−16cos(x)−32cos2(x)=0
令:cos(x)=u12−16u−32u2=0
12−16u−32u2=0:u=−41+7​​,u=47​−1​
12−16u−32u2=0
改写成标准形式 ax2+bx+c=0−32u2−16u+12=0
使用求根公式求解
−32u2−16u+12=0
二次方程求根公式:
若 a=−32,b=−16,c=12u1,2​=2(−32)−(−16)±(−16)2−4(−32)⋅12​​
u1,2​=2(−32)−(−16)±(−16)2−4(−32)⋅12​​
(−16)2−4(−32)⋅12​=167​
(−16)2−4(−32)⋅12​
使用法则 −(−a)=a=(−16)2+4⋅32⋅12​
使用指数法则: (−a)n=an,若 n 是偶数(−16)2=162=162+4⋅32⋅12​
数字相乘:4⋅32⋅12=1536=162+1536​
162=256=256+1536​
数字相加:256+1536=1792=1792​
1792质因数分解:28⋅7
1792
1792除以 21792=896⋅2=2⋅896
896除以 2896=448⋅2=2⋅2⋅448
448除以 2448=224⋅2=2⋅2⋅2⋅224
224除以 2224=112⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅112
112除以 2112=56⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅56
56除以 256=28⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅28
28除以 228=14⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅14
14除以 214=7⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅7
2,7 都是质数,因此无法进一步因数分解=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅7
=28⋅7
=28⋅7​
使用根式运算法则: nab​=na​nb​=7​28​
使用根式运算法则: nam​=anm​28​=228​=24=247​
整理后得=167​
u1,2​=2(−32)−(−16)±167​​
将解分隔开u1​=2(−32)−(−16)+167​​,u2​=2(−32)−(−16)−167​​
u=2(−32)−(−16)+167​​:−41+7​​
2(−32)−(−16)+167​​
去除括号: (−a)=−a,−(−a)=a=−2⋅3216+167​​
数字相乘:2⋅32=64=−6416+167​​
使用分式法则: −ba​=−ba​=−6416+167​​
消掉 6416+167​​:41+7​​
6416+167​​
分解 16+167​:16(1+7​)
16+167​
改写为=16⋅1+167​
因式分解出通项 16=16(1+7​)
=6416(1+7​)​
约分:16=41+7​​
=−41+7​​
u=2(−32)−(−16)−167​​:47​−1​
2(−32)−(−16)−167​​
去除括号: (−a)=−a,−(−a)=a=−2⋅3216−167​​
数字相乘:2⋅32=64=−6416−167​​
使用分式法则: −b−a​=ba​16−167​=−(167​−16)=64167​−16​
分解 167​−16:16(7​−1)
167​−16
改写为=167​−16⋅1
因式分解出通项 16=16(7​−1)
=6416(7​−1)​
约分:16=47​−1​
二次方程组的解是:u=−41+7​​,u=47​−1​
u=cos(x)代回cos(x)=−41+7​​,cos(x)=47​−1​
cos(x)=−41+7​​,cos(x)=47​−1​
cos(x)=−41+7​​:x=arccos(−41+7​​)+2πn,x=−arccos(−41+7​​)+2πn
cos(x)=−41+7​​
使用反三角函数性质
cos(x)=−41+7​​
cos(x)=−41+7​​的通解cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−41+7​​)+2πn,x=−arccos(−41+7​​)+2πn
x=arccos(−41+7​​)+2πn,x=−arccos(−41+7​​)+2πn
cos(x)=47​−1​:x=arccos(47​−1​)+2πn,x=2π−arccos(47​−1​)+2πn
cos(x)=47​−1​
使用反三角函数性质
cos(x)=47​−1​
cos(x)=47​−1​的通解cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(47​−1​)+2πn,x=2π−arccos(47​−1​)+2πn
x=arccos(47​−1​)+2πn,x=2π−arccos(47​−1​)+2πn
合并所有解x=arccos(−41+7​​)+2πn,x=−arccos(−41+7​​)+2πn,x=arccos(47​−1​)+2πn,x=2π−arccos(47​−1​)+2πn
将解代入原方程进行验证
将它们代入 4sin(x)−4cos(x)=2检验解是否符合
去除与方程不符的解。
检验 arccos(−41+7​​)+2πn的解:假
arccos(−41+7​​)+2πn
代入 n=1arccos(−41+7​​)+2π1
对于 4sin(x)−4cos(x)=2代入x=arccos(−41+7​​)+2π14sin(arccos(−41+7​​)+2π1)−4cos(arccos(−41+7​​)+2π1)=2
整理后得5.29150…=2
⇒假
检验 −arccos(−41+7​​)+2πn的解:真
−arccos(−41+7​​)+2πn
代入 n=1−arccos(−41+7​​)+2π1
对于 4sin(x)−4cos(x)=2代入x=−arccos(−41+7​​)+2π14sin(−arccos(−41+7​​)+2π1)−4cos(−arccos(−41+7​​)+2π1)=2
整理后得2=2
⇒真
检验 arccos(47​−1​)+2πn的解:真
arccos(47​−1​)+2πn
代入 n=1arccos(47​−1​)+2π1
对于 4sin(x)−4cos(x)=2代入x=arccos(47​−1​)+2π14sin(arccos(47​−1​)+2π1)−4cos(arccos(47​−1​)+2π1)=2
整理后得2=2
⇒真
检验 2π−arccos(47​−1​)+2πn的解:假
2π−arccos(47​−1​)+2πn
代入 n=12π−arccos(47​−1​)+2π1
对于 4sin(x)−4cos(x)=2代入x=2π−arccos(47​−1​)+2π14sin(2π−arccos(47​−1​)+2π1)−4cos(2π−arccos(47​−1​)+2π1)=2
整理后得−5.29150…=2
⇒假
x=−arccos(−41+7​​)+2πn,x=arccos(47​−1​)+2πn
以小数形式表示解x=−2.71756…+2πn,x=1.14676…+2πn

作图

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solvefor x,arcsin(x)+arcsin(y)= pi/2solveforx,arcsin(x)+arcsin(y)=2π​2arctan(1/2)=arccos(x)2arctan(21​)=arccos(x)sin(x/2)+sin(x/2)=sin(x)sin(2x​)+sin(2x​)=sin(x)15cos(x)-5=4cos(x)15cos(x)−5=4cos(x)cos(x)-cos(2x)=0,0<= x<= 2picos(x)−cos(2x)=0,0≤x≤2π
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