解
(sec(x)+1)2−tan(x)=0
解
x=π+2πn,x=−1.97861…+2πn
+1
度
x=180∘+360∘n,x=−113.36631…∘+360∘n解答ステップ
(sec(x)+1)2−tan(x)=0
両辺にtan(x)を足すsec2(x)+2sec(x)+1=tan(x)
両辺を2乗する(sec2(x)+2sec(x)+1)2=tan2(x)
両辺からtan2(x)を引く(sec2(x)+2sec(x)+1)2−tan2(x)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
(1+sec2(x)+2sec(x))2−tan2(x)
ピタゴラスの公式を使用する: tan2(x)+1=sec2(x)tan2(x)=sec2(x)−1=(1+sec2(x)+2sec(x))2−(sec2(x)−1)
簡素化 (1+sec2(x)+2sec(x))2−(sec2(x)−1):sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
(1+sec2(x)+2sec(x))2−(sec2(x)−1)
(1+sec2(x)+2sec(x))2=(1+sec2(x)+2sec(x))(1+sec2(x)+2sec(x))=(sec2(x)+2sec(x)+1)(sec2(x)+2sec(x)+1)−(sec2(x)−1)
拡張 (1+sec2(x)+2sec(x))(1+sec2(x)+2sec(x)):6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
(1+sec2(x)+2sec(x))(1+sec2(x)+2sec(x))
括弧を分配する=1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+sec2(x)⋅1+sec2(x)sec2(x)+sec2(x)⋅2sec(x)+2sec(x)⋅1+2sec(x)sec2(x)+2sec(x)⋅2sec(x)
=1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)
簡素化 1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x):6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)
条件のようなグループ=1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
類似した元を足す:2sec2(x)sec(x)+2sec2(x)sec(x)=4sec2(x)sec(x)=1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+4sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
類似した元を足す:1⋅sec2(x)+1⋅sec2(x)=2sec2(x)=2sec2(x)+1⋅2sec(x)+sec2(x)sec2(x)+4sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
類似した元を足す:1⋅2sec(x)+2⋅1⋅sec(x)=2⋅2⋅1⋅sec(x)=2sec2(x)+2⋅2⋅1⋅sec(x)+sec2(x)sec2(x)+4sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
2⋅2⋅1⋅sec(x)=4sec(x)
2⋅2⋅1⋅sec(x)
数を乗じる:2⋅2⋅1=4=4sec(x)
sec2(x)sec2(x)=sec4(x)
sec2(x)sec2(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+csec2(x)sec2(x)=sec2+2(x)=sec2+2(x)
数を足す:2+2=4=sec4(x)
4sec2(x)sec(x)=4sec3(x)
4sec2(x)sec(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+csec2(x)sec(x)=sec2+1(x)=4sec2+1(x)
数を足す:2+1=3=4sec3(x)
2⋅2sec(x)sec(x)=4sec2(x)
2⋅2sec(x)sec(x)
数を乗じる:2⋅2=4=4sec(x)sec(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+csec(x)sec(x)=sec1+1(x)=4sec1+1(x)
数を足す:1+1=2=4sec2(x)
1⋅1=1
1⋅1
数を乗じる:1⋅1=1=1
=2sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+4sec2(x)+1
類似した元を足す:2sec2(x)+4sec2(x)=6sec2(x)=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−(sec2(x)−1)
−(sec2(x)−1):−sec2(x)+1
−(sec2(x)−1)
括弧を分配する=−(sec2(x))−(−1)
マイナス・プラスの規則を適用する−(−a)=a,−(a)=−a=−sec2(x)+1
=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−sec2(x)+1
簡素化 6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−sec2(x)+1:sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−sec2(x)+1
条件のようなグループ=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)−sec2(x)+1+1
類似した元を足す:6sec2(x)−sec2(x)=5sec2(x)=5sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1+1
数を足す:1+1=2=sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
=sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
=sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
2+sec4(x)+4sec(x)+4sec3(x)+5sec2(x)=0
置換で解く
2+sec4(x)+4sec(x)+4sec3(x)+5sec2(x)=0
仮定:sec(x)=u2+u4+4u+4u3+5u2=0
2+u4+4u+4u3+5u2=0:u=−1,u≈−2.52137…
2+u4+4u+4u3+5u2=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=0u4+4u3+5u2+4u+2=0
因数 u4+4u3+5u2+4u+2:(u+1)(u3+3u2+2u+2)
u4+4u3+5u2+4u+2
有理根定理を使用する
a0=2,an=1
a0:1,2の除数, an:1の除数
ゆえに次の有理数をチェックする:±11,2
−11 は式の累乗根なので u+1 をくくり出す
=(u+1)u+1u4+4u3+5u2+4u+2u+1u4+4u3+5u2+4u+2=u3+3u2+2u+2
u+1u4+4u3+5u2+4u+2
割る u+1u4+4u3+5u2+4u+2:u+1u4+4u3+5u2+4u+2=u3+u+13u3+5u2+4u+2
分子 u4+4u3+5u2+4u+2
と除数 u+1の主係数で割る: uu4=u3
商=u3u+1にu3を乗じる:u4+u3u4+u3をu4+4u3+5u2+4u+2から引いて新しい余りを得る余り=3u3+5u2+4u+2
このためu+1u4+4u3+5u2+4u+2=u3+u+13u3+5u2+4u+2
=u3+u+13u3+5u2+4u+2
割る u+13u3+5u2+4u+2:u+13u3+5u2+4u+2=3u2+u+12u2+4u+2
分子 3u3+5u2+4u+2
と除数 u+1の主係数で割る: u3u3=3u2
商=3u2u+1に3u2を乗じる:3u3+3u23u3+3u2を3u3+5u2+4u+2から引いて新しい余りを得る余り=2u2+4u+2
このためu+13u3+5u2+4u+2=3u2+u+12u2+4u+2
=u3+3u2+u+12u2+4u+2
割る u+12u2+4u+2:u+12u2+4u+2=2u+u+12u+2
分子 2u2+4u+2
と除数 u+1の主係数で割る: u2u2=2u
商=2uu+1に2uを乗じる:2u2+2u2u2+2uを2u2+4u+2から引いて新しい余りを得る余り=2u+2
このためu+12u2+4u+2=2u+u+12u+2
=u3+3u2+2u+u+12u+2
割る u+12u+2:u+12u+2=2
分子 2u+2
と除数 u+1の主係数で割る: u2u=2
商=2u+1に2を乗じる:2u+22u+2を2u+2から引いて新しい余りを得る余り=0
このためu+12u+2=2
=u3+3u2+2u+2
=(u+1)(u3+3u2+2u+2)
(u+1)(u3+3u2+2u+2)=0
零因子の原則を使用:ab=0ならば a=0または b=0u+1=0oru3+3u2+2u+2=0
解く u+1=0:u=−1
u+1=0
1を右側に移動します
u+1=0
両辺から1を引くu+1−1=0−1
簡素化u=−1
u=−1
解く u3+3u2+2u+2=0:u≈−2.52137…
u3+3u2+2u+2=0
ニュートン・ラプソン法を使用して u3+3u2+2u+2=0 の解を1つ求める:u≈−2.52137…
u3+3u2+2u+2=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u3+3u2+2u+2
発見する f′(u):3u2+6u+2
dud(u3+3u2+2u+2)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)+dud(3u2)+dud(2u)+dud(2)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dud(3u2)=6u
dud(3u2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=3dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3⋅2u2−1
簡素化=6u
dud(2u)=2
dud(2u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=2dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=2⋅1
簡素化=2
dud(2)=0
dud(2)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=3u2+6u+2+0
簡素化=3u2+6u+2
仮定: u0=−2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−3:Δu1=1
f(u0)=(−2)3+3(−2)2+2(−2)+2=2f′(u0)=3(−2)2+6(−2)+2=2u1=−3
Δu1=∣−3−(−2)∣=1Δu1=1
u2=−2.63636…:Δu2=0.36363…
f(u1)=(−3)3+3(−3)2+2(−3)+2=−4f′(u1)=3(−3)2+6(−3)+2=11u2=−2.63636…
Δu2=∣−2.63636…−(−3)∣=0.36363…Δu2=0.36363…
u3=−2.53039…:Δu3=0.10597…
f(u2)=(−2.63636…)3+3(−2.63636…)2+2(−2.63636…)+2=−0.74530…f′(u2)=3(−2.63636…)2+6(−2.63636…)+2=7.03305…u3=−2.53039…
Δu3=∣−2.53039…−(−2.63636…)∣=0.10597…Δu3=0.10597…
u4=−2.52144…:Δu4=0.00895…
f(u3)=(−2.53039…)3+3(−2.53039…)2+2(−2.53039…)+2=−0.05393…f′(u3)=3(−2.53039…)2+6(−2.53039…)+2=6.02629…u4=−2.52144…
Δu4=∣−2.52144…−(−2.53039…)∣=0.00895…Δu4=0.00895…
u5=−2.52137…:Δu5=0.00006…
f(u4)=(−2.52144…)3+3(−2.52144…)2+2(−2.52144…)+2=−0.00036…f′(u4)=3(−2.52144…)2+6(−2.52144…)+2=5.94435…u5=−2.52137…
Δu5=∣−2.52137…−(−2.52144…)∣=0.00006…Δu5=0.00006…
u6=−2.52137…:Δu6=2.92858E−9
f(u5)=(−2.52137…)3+3(−2.52137…)2+2(−2.52137…)+2=−1.74069E−8f′(u5)=3(−2.52137…)2+6(−2.52137…)+2=5.94378…u6=−2.52137…
Δu6=∣−2.52137…−(−2.52137…)∣=2.92858E−9Δu6=2.92858E−9
u≈−2.52137…
長除法を適用する:u+2.52137…u3+3u2+2u+2=u2+0.47862…u+0.79321…
u2+0.47862…u+0.79321…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u2+0.47862…u+0.79321…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: u∈R
u2+0.47862…u+0.79321…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u2+0.47862…u+0.79321…
発見する f′(u):2u+0.47862…
dud(u2+0.47862…u+0.79321…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)+dud(0.47862…u)+dud(0.79321…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(0.47862…u)=0.47862…
dud(0.47862…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.47862…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=0.47862…⋅1
簡素化=0.47862…
dud(0.79321…)=0
dud(0.79321…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=2u+0.47862…+0
簡素化=2u+0.47862…
仮定: u0=−2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−0.91066…:Δu1=1.08933…
f(u0)=(−2)2+0.47862…(−2)+0.79321…=3.83597…f′(u0)=2(−2)+0.47862…=−3.52137…u1=−0.91066…
Δu1=∣−0.91066…−(−2)∣=1.08933…Δu1=1.08933…
u2=−0.02687…:Δu2=0.88378…
f(u1)=(−0.91066…)2+0.47862…(−0.91066…)+0.79321…=1.18665…f′(u1)=2(−0.91066…)+0.47862…=−1.34270…u2=−0.02687…
Δu2=∣−0.02687…−(−0.91066…)∣=0.88378…Δu2=0.88378…
u3=−1.86527…:Δu3=1.83839…
f(u2)=(−0.02687…)2+0.47862…(−0.02687…)+0.79321…=0.78107…f′(u2)=2(−0.02687…)+0.47862…=0.42486…u3=−1.86527…
Δu3=∣−1.86527…−(−0.02687…)∣=1.83839…Δu3=1.83839…
u4=−0.82598…:Δu4=1.03929…
f(u3)=(−1.86527…)2+0.47862…(−1.86527…)+0.79321…=3.37970…f′(u3)=2(−1.86527…)+0.47862…=−3.25192…u4=−0.82598…
Δu4=∣−0.82598…−(−1.86527…)∣=1.03929…Δu4=1.03929…
u5=0.09457…:Δu5=0.92055…
f(u4)=(−0.82598…)2+0.47862…(−0.82598…)+0.79321…=1.08013…f′(u4)=2(−0.82598…)+0.47862…=−1.17334…u5=0.09457…
Δu5=∣0.09457…−(−0.82598…)∣=0.92055…Δu5=0.92055…
u6=−1.17445…:Δu6=1.26903…
f(u5)=0.09457…2+0.47862…⋅0.09457…+0.79321…=0.84742…f′(u5)=2⋅0.09457…+0.47862…=0.66777…u6=−1.17445…
Δu6=∣−1.17445…−0.09457…∣=1.26903…Δu6=1.26903…
u7=−0.31338…:Δu7=0.86106…
f(u6)=(−1.17445…)2+0.47862…(−1.17445…)+0.79321…=1.61044…f′(u6)=2(−1.17445…)+0.47862…=−1.87029…u7=−0.31338…
Δu7=∣−0.31338…−(−1.17445…)∣=0.86106…Δu7=0.86106…
u8=4.69091…:Δu8=5.00430…
f(u7)=(−0.31338…)2+0.47862…(−0.31338…)+0.79321…=0.74143…f′(u7)=2(−0.31338…)+0.47862…=−0.14815…u8=4.69091…
Δu8=∣4.69091…−(−0.31338…)∣=5.00430…Δu8=5.00430…
u9=2.15116…:Δu9=2.53974…
f(u8)=4.69091…2+0.47862…⋅4.69091…+0.79321…=25.04307…f′(u8)=2⋅4.69091…+0.47862…=9.86045…u9=2.15116…
Δu9=∣2.15116…−4.69091…∣=2.53974…Δu9=2.53974…
u10=0.80199…:Δu10=1.34917…
f(u9)=2.15116…2+0.47862…⋅2.15116…+0.79321…=6.45032…f′(u9)=2⋅2.15116…+0.47862…=4.78095…u10=0.80199…
Δu10=∣0.80199…−2.15116…∣=1.34917…Δu10=1.34917…
u11=−0.07203…:Δu11=0.87402…
f(u10)=0.80199…2+0.47862…⋅0.80199…+0.79321…=1.82026…f′(u10)=2⋅0.80199…+0.47862…=2.08261…u11=−0.07203…
Δu11=∣−0.07203…−0.80199…∣=0.87402…Δu11=0.87402…
u12=−2.35547…:Δu12=2.28344…
f(u11)=(−0.07203…)2+0.47862…(−0.07203…)+0.79321…=0.76392…f′(u11)=2(−0.07203…)+0.47862…=0.33455…u12=−2.35547…
Δu12=∣−2.35547…−(−0.07203…)∣=2.28344…Δu12=2.28344…
解を見つけられない
解はu≈−2.52137…
解答はu=−1,u≈−2.52137…
代用を戻す u=sec(x)sec(x)=−1,sec(x)≈−2.52137…
sec(x)=−1,sec(x)≈−2.52137…
sec(x)=−1:x=π+2πn
sec(x)=−1
以下の一般解 sec(x)=−1
sec(x)2πn 循環を含む周期性テーブル :
x06π4π3π2π32π43π65πsec(x)132322Undefined−2−2−323xπ67π45π34π23π35π47π611πsec(x)−1−323−2−2Undefined22323
x=π+2πn
x=π+2πn
sec(x)=−2.52137…:x=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
sec(x)=−2.52137…
三角関数の逆数プロパティを適用する
sec(x)=−2.52137…
以下の一般解 sec(x)=−2.52137…sec(x)=−a⇒x=arcsec(−a)+2πn,x=−arcsec(−a)+2πnx=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
x=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=π+2πn,x=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
元のequationに当てはめて解を検算する
(sec(x)+1)2−tan(x)=0 に当てはめて解を確認する
equationに一致しないものを削除する。
解答を確認する π+2πn:真
π+2πn
挿入 n=1π+2π1
(sec(x)+1)2−tan(x)=0の挿入向けx=π+2π1(sec(π+2π1)+1)2−tan(π+2π1)=0
改良0=0
⇒真
解答を確認する arcsec(−2.52137…)+2πn:偽
arcsec(−2.52137…)+2πn
挿入 n=1arcsec(−2.52137…)+2π1
(sec(x)+1)2−tan(x)=0の挿入向けx=arcsec(−2.52137…)+2π1(sec(arcsec(−2.52137…)+2π1)+1)2−tan(arcsec(−2.52137…)+2π1)=0
改良4.62919…=0
⇒偽
解答を確認する −arcsec(−2.52137…)+2πn:真
−arcsec(−2.52137…)+2πn
挿入 n=1−arcsec(−2.52137…)+2π1
(sec(x)+1)2−tan(x)=0の挿入向けx=−arcsec(−2.52137…)+2π1(sec(−arcsec(−2.52137…)+2π1)+1)2−tan(−arcsec(−2.52137…)+2π1)=0
改良0=0
⇒真
x=π+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=π+2πn,x=−1.97861…+2πn