解
csc3(x)−4csc(x)=3cot2(x)
解
x=−0.79731…+2πn,x=π+0.79731…+2πn,x=0.26356…+2πn,x=π−0.26356…+2πn
+1
度
x=−45.68261…∘+360∘n,x=225.68261…∘+360∘n,x=15.10095…∘+360∘n,x=164.89904…∘+360∘n解答ステップ
csc3(x)−4csc(x)=3cot2(x)
両辺から3cot2(x)を引くcsc3(x)−4csc(x)−3cot2(x)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
csc3(x)−3cot2(x)−4csc(x)
ピタゴラスの公式を使用する: 1+cot2(x)=csc2(x)cot2(x)=csc2(x)−1=csc3(x)−3(csc2(x)−1)−4csc(x)
csc3(x)−(−1+csc2(x))⋅3−4csc(x)=0
置換で解く
csc3(x)−(−1+csc2(x))⋅3−4csc(x)=0
仮定:csc(x)=uu3−(−1+u2)⋅3−4u=0
u3−(−1+u2)⋅3−4u=0:u≈0.55919…,u≈−1.39766…,u≈3.83846…
u3−(−1+u2)⋅3−4u=0
拡張 u3−(−1+u2)⋅3−4u:u3+3−3u2−4u
u3−(−1+u2)⋅3−4u
=u3−3(−1+u2)−4u
拡張 −3(−1+u2):3−3u2
−3(−1+u2)
分配法則を適用する: a(b+c)=ab+aca=−3,b=−1,c=u2=−3(−1)+(−3)u2
マイナス・プラスの規則を適用する−(−a)=a,+(−a)=−a=3⋅1−3u2
数を乗じる:3⋅1=3=3−3u2
=u3+3−3u2−4u
u3+3−3u2−4u=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=0u3−3u2−4u+3=0
ニュートン・ラプソン法を使用して u3−3u2−4u+3=0 の解を1つ求める:u≈0.55919…
u3−3u2−4u+3=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u3−3u2−4u+3
発見する f′(u):3u2−6u−4
dud(u3−3u2−4u+3)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)−dud(3u2)−dud(4u)+dud(3)
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(4u)=4
dud(4u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=4dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=4⋅1
簡素化=4
dud(3)=0
dud(3)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=3u2−6u−4+0
簡素化=3u2−6u−4
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=0.57142…:Δu1=0.42857…
f(u0)=13−3⋅12−4⋅1+3=−3f′(u0)=3⋅12−6⋅1−4=−7u1=0.57142…
Δu1=∣0.57142…−1∣=0.42857…Δu1=0.42857…
u2=0.55922…:Δu2=0.01220…
f(u1)=0.57142…3−3⋅0.57142…2−4⋅0.57142…+3=−0.07871…f′(u1)=3⋅0.57142…2−6⋅0.57142…−4=−6.44897…u2=0.55922…
Δu2=∣0.55922…−0.57142…∣=0.01220…Δu2=0.01220…
u3=0.55919…:Δu3=0.00003…
f(u2)=0.55922…3−3⋅0.55922…2−4⋅0.55922…+3=−0.00019…f′(u2)=3⋅0.55922…2−6⋅0.55922…−4=−6.41714…u3=0.55919…
Δu3=∣0.55919…−0.55922…∣=0.00003…Δu3=0.00003…
u4=0.55919…:Δu4=1.87129E−10
f(u3)=0.55919…3−3⋅0.55919…2−4⋅0.55919…+3=−1.20082E−9f′(u3)=3⋅0.55919…2−6⋅0.55919…−4=−6.41706…u4=0.55919…
Δu4=∣0.55919…−0.55919…∣=1.87129E−10Δu4=1.87129E−10
u≈0.55919…
長除法を適用する:u−0.55919…u3−3u2−4u+3=u2−2.44080…u−5.36488…
u2−2.44080…u−5.36488…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u2−2.44080…u−5.36488…=0 の解を1つ求める:u≈−1.39766…
u2−2.44080…u−5.36488…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u2−2.44080…u−5.36488…
発見する f′(u):2u−2.44080…
dud(u2−2.44080…u−5.36488…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)−dud(2.44080…u)−dud(5.36488…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(2.44080…u)=2.44080…
dud(2.44080…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=2.44080…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=2.44080…⋅1
簡素化=2.44080…
dud(5.36488…)=0
dud(5.36488…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=2u−2.44080…−0
簡素化=2u−2.44080…
仮定: u0=−2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−1.45399…:Δu1=0.54600…
f(u0)=(−2)2−2.44080…(−2)−5.36488…=3.51673…f′(u0)=2(−2)−2.44080…=−6.44080…u1=−1.45399…
Δu1=∣−1.45399…−(−2)∣=0.54600…Δu1=0.54600…
u2=−1.39825…:Δu2=0.05573…
f(u1)=(−1.45399…)2−2.44080…(−1.45399…)−5.36488…=0.29812…f′(u1)=2(−1.45399…)−2.44080…=−5.34879…u2=−1.39825…
Δu2=∣−1.39825…−(−1.45399…)∣=0.05573…Δu2=0.05573…
u3=−1.39766…:Δu3=0.00059…
f(u2)=(−1.39825…)2−2.44080…(−1.39825…)−5.36488…=0.00310…f′(u2)=2(−1.39825…)−2.44080…=−5.23731…u3=−1.39766…
Δu3=∣−1.39766…−(−1.39825…)∣=0.00059…Δu3=0.00059…
u4=−1.39766…:Δu4=6.7196E−8
f(u3)=(−1.39766…)2−2.44080…(−1.39766…)−5.36488…=3.51847E−7f′(u3)=2(−1.39766…)−2.44080…=−5.23613…u4=−1.39766…
Δu4=∣−1.39766…−(−1.39766…)∣=6.7196E−8Δu4=6.7196E−8
u≈−1.39766…
長除法を適用する:u+1.39766…u2−2.44080…u−5.36488…=u−3.83846…
u−3.83846…≈0
u≈3.83846…
解答はu≈0.55919…,u≈−1.39766…,u≈3.83846…
代用を戻す u=csc(x)csc(x)≈0.55919…,csc(x)≈−1.39766…,csc(x)≈3.83846…
csc(x)≈0.55919…,csc(x)≈−1.39766…,csc(x)≈3.83846…
csc(x)=0.55919…:解なし
csc(x)=0.55919…
csc(x)≤−1orcsc(x)≥1解なし
csc(x)=−1.39766…:x=arccsc(−1.39766…)+2πn,x=π+arccsc(1.39766…)+2πn
csc(x)=−1.39766…
三角関数の逆数プロパティを適用する
csc(x)=−1.39766…
以下の一般解 csc(x)=−1.39766…csc(x)=−a⇒x=arccsc(−a)+2πn,x=π+arccsc(a)+2πnx=arccsc(−1.39766…)+2πn,x=π+arccsc(1.39766…)+2πn
x=arccsc(−1.39766…)+2πn,x=π+arccsc(1.39766…)+2πn
csc(x)=3.83846…:x=arccsc(3.83846…)+2πn,x=π−arccsc(3.83846…)+2πn
csc(x)=3.83846…
三角関数の逆数プロパティを適用する
csc(x)=3.83846…
以下の一般解 csc(x)=3.83846…csc(x)=a⇒x=arccsc(a)+2πn,x=π−arccsc(a)+2πnx=arccsc(3.83846…)+2πn,x=π−arccsc(3.83846…)+2πn
x=arccsc(3.83846…)+2πn,x=π−arccsc(3.83846…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=arccsc(−1.39766…)+2πn,x=π+arccsc(1.39766…)+2πn,x=arccsc(3.83846…)+2πn,x=π−arccsc(3.83846…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=−0.79731…+2πn,x=π+0.79731…+2πn,x=0.26356…+2πn,x=π−0.26356…+2πn