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

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解答

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

解答

x=2.88012…+2πn,x=0.75142…+2πn
+1
度数
x=165.01910…∘+360∘n,x=43.05338…∘+360∘n
求解步骤
4sin(x)=cos(x)+2
两边进行平方(4sin(x))2=(cos(x)+2)2
两边减去 (cos(x)+2)216sin2(x)−cos2(x)−4cos(x)−4=0
使用三角恒等式改写
−4−cos2(x)+16sin2(x)−4cos(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=−4−cos2(x)+16(1−cos2(x))−4cos(x)
化简 −4−cos2(x)+16(1−cos2(x))−4cos(x):−17cos2(x)−4cos(x)+12
−4−cos2(x)+16(1−cos2(x))−4cos(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−cos2(x)+16−16cos2(x)−4cos(x)
化简 −4−cos2(x)+16−16cos2(x)−4cos(x):−17cos2(x)−4cos(x)+12
−4−cos2(x)+16−16cos2(x)−4cos(x)
对同类项分组=−cos2(x)−16cos2(x)−4cos(x)−4+16
同类项相加:−cos2(x)−16cos2(x)=−17cos2(x)=−17cos2(x)−4cos(x)−4+16
数字相加/相减:−4+16=12=−17cos2(x)−4cos(x)+12
=−17cos2(x)−4cos(x)+12
=−17cos2(x)−4cos(x)+12
12−17cos2(x)−4cos(x)=0
用替代法求解
12−17cos2(x)−4cos(x)=0
令:cos(x)=u12−17u2−4u=0
12−17u2−4u=0:u=−172(1+213​)​,u=172(213​−1)​
12−17u2−4u=0
改写成标准形式 ax2+bx+c=0−17u2−4u+12=0
使用求根公式求解
−17u2−4u+12=0
二次方程求根公式:
若 a=−17,b=−4,c=12u1,2​=2(−17)−(−4)±(−4)2−4(−17)⋅12​​
u1,2​=2(−17)−(−4)±(−4)2−4(−17)⋅12​​
(−4)2−4(−17)⋅12​=813​
(−4)2−4(−17)⋅12​
使用法则 −(−a)=a=(−4)2+4⋅17⋅12​
使用指数法则: (−a)n=an,若 n 是偶数(−4)2=42=42+4⋅17⋅12​
数字相乘:4⋅17⋅12=816=42+816​
42=16=16+816​
数字相加:16+816=832=832​
832质因数分解:26⋅13
832
832除以 2832=416⋅2=2⋅416
416除以 2416=208⋅2=2⋅2⋅208
208除以 2208=104⋅2=2⋅2⋅2⋅104
104除以 2104=52⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅52
52除以 252=26⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅26
26除以 226=13⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅13
2,13 都是质数,因此无法进一步因数分解=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅13
=26⋅13
=26⋅13​
使用根式运算法则: nab​=na​nb​=13​26​
使用根式运算法则: nam​=anm​26​=226​=23=2313​
整理后得=813​
u1,2​=2(−17)−(−4)±813​​
将解分隔开u1​=2(−17)−(−4)+813​​,u2​=2(−17)−(−4)−813​​
u=2(−17)−(−4)+813​​:−172(1+213​)​
2(−17)−(−4)+813​​
去除括号: (−a)=−a,−(−a)=a=−2⋅174+813​​
数字相乘:2⋅17=34=−344+813​​
使用分式法则: −ba​=−ba​=−344+813​​
消掉 344+813​​:172(1+213​)​
344+813​​
分解 4+813​:4(1+213​)
4+813​
改写为=4⋅1+4⋅213​
因式分解出通项 4=4(1+213​)
=344(1+213​)​
约分:2=172(1+213​)​
=−172(1+213​)​
u=2(−17)−(−4)−813​​:172(213​−1)​
2(−17)−(−4)−813​​
去除括号: (−a)=−a,−(−a)=a=−2⋅174−813​​
数字相乘:2⋅17=34=−344−813​​
使用分式法则: −b−a​=ba​4−813​=−(813​−4)=34813​−4​
分解 813​−4:4(213​−1)
813​−4
改写为=4⋅213​−4⋅1
因式分解出通项 4=4(213​−1)
=344(213​−1)​
约分:2=172(213​−1)​
二次方程组的解是:u=−172(1+213​)​,u=172(213​−1)​
u=cos(x)代回cos(x)=−172(1+213​)​,cos(x)=172(213​−1)​
cos(x)=−172(1+213​)​,cos(x)=172(213​−1)​
cos(x)=−172(1+213​)​:x=arccos(−172(1+213​)​)+2πn,x=−arccos(−172(1+213​)​)+2πn
cos(x)=−172(1+213​)​
使用反三角函数性质
cos(x)=−172(1+213​)​
cos(x)=−172(1+213​)​的通解cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−172(1+213​)​)+2πn,x=−arccos(−172(1+213​)​)+2πn
x=arccos(−172(1+213​)​)+2πn,x=−arccos(−172(1+213​)​)+2πn
cos(x)=172(213​−1)​:x=arccos(172(213​−1)​)+2πn,x=2π−arccos(172(213​−1)​)+2πn
cos(x)=172(213​−1)​
使用反三角函数性质
cos(x)=172(213​−1)​
cos(x)=172(213​−1)​的通解cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(172(213​−1)​)+2πn,x=2π−arccos(172(213​−1)​)+2πn
x=arccos(172(213​−1)​)+2πn,x=2π−arccos(172(213​−1)​)+2πn
合并所有解x=arccos(−172(1+213​)​)+2πn,x=−arccos(−172(1+213​)​)+2πn,x=arccos(172(213​−1)​)+2πn,x=2π−arccos(172(213​−1)​)+2πn
将解代入原方程进行验证
将它们代入 4sin(x)=cos(x)+2检验解是否符合
去除与方程不符的解。
检验 arccos(−172(1+213​)​)+2πn的解:真
arccos(−172(1+213​)​)+2πn
代入 n=1arccos(−172(1+213​)​)+2π1
对于 4sin(x)=cos(x)+2代入x=arccos(−172(1+213​)​)+2π14sin(arccos(−172(1+213​)​)+2π1)=cos(arccos(−172(1+213​)​)+2π1)+2
整理后得1.03398…=1.03398…
⇒真
检验 −arccos(−172(1+213​)​)+2πn的解:假
−arccos(−172(1+213​)​)+2πn
代入 n=1−arccos(−172(1+213​)​)+2π1
对于 4sin(x)=cos(x)+2代入x=−arccos(−172(1+213​)​)+2π14sin(−arccos(−172(1+213​)​)+2π1)=cos(−arccos(−172(1+213​)​)+2π1)+2
整理后得−1.03398…=1.03398…
⇒假
检验 arccos(172(213​−1)​)+2πn的解:真
arccos(172(213​−1)​)+2πn
代入 n=1arccos(172(213​−1)​)+2π1
对于 4sin(x)=cos(x)+2代入x=arccos(172(213​−1)​)+2π14sin(arccos(172(213​−1)​)+2π1)=cos(arccos(172(213​−1)​)+2π1)+2
整理后得2.73071…=2.73071…
⇒真
检验 2π−arccos(172(213​−1)​)+2πn的解:假
2π−arccos(172(213​−1)​)+2πn
代入 n=12π−arccos(172(213​−1)​)+2π1
对于 4sin(x)=cos(x)+2代入x=2π−arccos(172(213​−1)​)+2π14sin(2π−arccos(172(213​−1)​)+2π1)=cos(2π−arccos(172(213​−1)​)+2π1)+2
整理后得−2.73071…=2.73071…
⇒假
x=arccos(−172(1+213​)​)+2πn,x=arccos(172(213​−1)​)+2πn
以小数形式表示解x=2.88012…+2πn,x=0.75142…+2πn

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