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tan^4(x)+tan^2(x)=tan(x)

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解答

tan4(x)+tan2(x)=tan(x)

解答

x=πn,x=0.59876…+πn
+1
度数
x=0∘+180∘n,x=34.30680…∘+180∘n
求解步骤
tan4(x)+tan2(x)=tan(x)
用替代法求解
tan4(x)+tan2(x)=tan(x)
令:tan(x)=uu4+u2=u
u4+u2=u:u=0,u≈0.68232…
u4+u2=u
将 upara o lado esquerdo
u4+u2=u
两边减去 uu4+u2−u=u−u
化简u4+u2−u=0
u4+u2−u=0
因式分解 u4+u2−u:u(u3+u−1)
u4+u2−u
使用指数法则: ab+c=abacu2=uu=u3u+uu−u
因式分解出通项 u=u(u3+u−1)
u(u3+u−1)=0
使用零因数法则: If ab=0then a=0or b=0u=0oru3+u−1=0
解 u3+u−1=0:u≈0.68232…
u3+u−1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u3+u−1=0 的一个解:u≈0.68232…
u3+u−1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u3+u−1
找到 f′(u):3u2+1
dud​(u3+u−1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(u3)+dudu​−dud​(1)
dud​(u3)=3u2
dud​(u3)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
化简=3u2
dudu​=1
dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=1
dud​(1)=0
dud​(1)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=3u2+1−0
化简=3u2+1
令 u0​=1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=0.75:Δu1​=0.25
f(u0​)=13+1−1=1f′(u0​)=3⋅12+1=4u1​=0.75
Δu1​=∣0.75−1∣=0.25Δu1​=0.25
u2​=0.68604…:Δu2​=0.06395…
f(u1​)=0.753+0.75−1=0.171875f′(u1​)=3⋅0.752+1=2.6875u2​=0.68604…
Δu2​=∣0.68604…−0.75∣=0.06395…Δu2​=0.06395…
u3​=0.68233…:Δu3​=0.00370…
f(u2​)=0.68604…3+0.68604…−1=0.00894…f′(u2​)=3⋅0.68604…2+1=2.41197…u3​=0.68233…
Δu3​=∣0.68233…−0.68604…∣=0.00370…Δu3​=0.00370…
u4​=0.68232…:Δu4​=0.00001…
f(u3​)=0.68233…3+0.68233…−1=0.00002…f′(u3​)=3⋅0.68233…2+1=2.39676…u4​=0.68232…
Δu4​=∣0.68232…−0.68233…∣=0.00001…Δu4​=0.00001…
u5​=0.68232…:Δu5​=1.18493E−10
f(u4​)=0.68232…3+0.68232…−1=2.83995E−10f′(u4​)=3⋅0.68232…2+1=2.39671…u5​=0.68232…
Δu5​=∣0.68232…−0.68232…∣=1.18493E−10Δu5​=1.18493E−10
u≈0.68232…
使用长除法 Equation0:u−0.68232…u3+u−1​=u2+0.68232…u+1.46557…
u2+0.68232…u+1.46557…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u2+0.68232…u+1.46557…=0 的一个解:u∈R无解
u2+0.68232…u+1.46557…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u2+0.68232…u+1.46557…
找到 f′(u):2u+0.68232…
dud​(u2+0.68232…u+1.46557…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(u2)+dud​(0.68232…u)+dud​(1.46557…)
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud​(0.68232…u)=0.68232…
dud​(0.68232…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=0.68232…dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=0.68232…⋅1
化简=0.68232…
dud​(1.46557…)=0
dud​(1.46557…)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=2u+0.68232…+0
化简=2u+0.68232…
令 u0​=−2计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=−0.76391…:Δu1​=1.23608…
f(u0​)=(−2)2+0.68232…(−2)+1.46557…=4.10091…f′(u0​)=2(−2)+0.68232…=−3.31767…u1​=−0.76391…
Δu1​=∣−0.76391…−(−2)∣=1.23608…Δu1​=1.23608…
u2​=1.04316…:Δu2​=1.80707…
f(u1​)=(−0.76391…)2+0.68232…(−0.76391…)+1.46557…=1.52789…f′(u1​)=2(−0.76391…)+0.68232…=−0.84550…u2​=1.04316…
Δu2​=∣1.04316…−(−0.76391…)∣=1.80707…Δu2​=1.80707…
u3​=−0.13630…:Δu3​=1.17946…
f(u2​)=1.04316…2+0.68232…⋅1.04316…+1.46557…=3.26553…f′(u2​)=2⋅1.04316…+0.68232…=2.76865…u3​=−0.13630…
Δu3​=∣−0.13630…−1.04316…∣=1.17946…Δu3​=1.17946…
u4​=−3.53171…:Δu4​=3.39540…
f(u3​)=(−0.13630…)2+0.68232…(−0.13630…)+1.46557…=1.39114…f′(u3​)=2(−0.13630…)+0.68232…=0.40971…u4​=−3.53171…
Δu4​=∣−3.53171…−(−0.13630…)∣=3.39540…Δu4​=3.39540…
u5​=−1.72500…:Δu5​=1.80670…
f(u4​)=(−3.53171…)2+0.68232…(−3.53171…)+1.46557…=11.52876…f′(u4​)=2(−3.53171…)+0.68232…=−6.38109…u5​=−1.72500…
Δu5​=∣−1.72500…−(−3.53171…)∣=1.80670…Δu5​=1.80670…
u6​=−0.54560…:Δu6​=1.17939…
f(u5​)=(−1.72500…)2+0.68232…(−1.72500…)+1.46557…=3.26419…f′(u5​)=2(−1.72500…)+0.68232…=−2.76767…u6​=−0.54560…
Δu6​=∣−0.54560…−(−1.72500…)∣=1.17939…Δu6​=1.17939…
u7​=2.85625…:Δu7​=3.40185…
f(u6​)=(−0.54560…)2+0.68232…(−0.54560…)+1.46557…=1.39097…f′(u6​)=2(−0.54560…)+0.68232…=−0.40888…u7​=2.85625…
Δu7​=∣2.85625…−(−0.54560…)∣=3.40185…Δu7​=3.40185…
u8​=1.04656…:Δu8​=1.80968…
f(u7​)=2.85625…2+0.68232…⋅2.85625…+1.46557…=11.57264…f′(u7​)=2⋅2.85625…+0.68232…=6.39483…u8​=1.04656…
Δu8​=∣1.04656…−2.85625…∣=1.80968…Δu8​=1.80968…
u9​=−0.13340…:Δu9​=1.17997…
f(u8​)=1.04656…2+0.68232…⋅1.04656…+1.46557…=3.27496…f′(u8​)=2⋅1.04656…+0.68232…=2.77545…u9​=−0.13340…
Δu9​=∣−0.13340…−1.04656…∣=1.17997…Δu9​=1.17997…
u10​=−3.48434…:Δu10​=3.35093…
f(u9​)=(−0.13340…)2+0.68232…(−0.13340…)+1.46557…=1.39234…f′(u9​)=2(−0.13340…)+0.68232…=0.41550…u10​=−3.48434…
Δu10​=∣−3.48434…−(−0.13340…)∣=3.35093…Δu10​=3.35093…
无法得出解
解是u≈0.68232…
解为u=0,u≈0.68232…
u=tan(x)代回tan(x)=0,tan(x)≈0.68232…
tan(x)=0,tan(x)≈0.68232…
tan(x)=0:x=πn
tan(x)=0
tan(x)=0的通解
tan(x) 周期表(周期为 πn):
x06π​4π​3π​2π​32π​43π​65π​​tan(x)033​​13​±∞−3​−1−33​​​​
x=0+πn
x=0+πn
解 x=0+πn:x=πn
x=0+πn
0+πn=πnx=πn
x=πn
tan(x)=0.68232…:x=arctan(0.68232…)+πn
tan(x)=0.68232…
使用反三角函数性质
tan(x)=0.68232…
tan(x)=0.68232…的通解tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πnx=arctan(0.68232…)+πn
x=arctan(0.68232…)+πn
合并所有解x=πn,x=arctan(0.68232…)+πn
以小数形式表示解x=πn,x=0.59876…+πn

作图

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流行的例子

sin^4(x)+sin^2(x)=sin^6(x)sin4(x)+sin2(x)=sin6(x)cos(a)=(-11)/(14)cos(a)=14−11​solvefor x,sin(x/x)=0.7solveforx,sin(xx​)=0.75cos^2(x)+sin^2(x)=45cos2(x)+sin2(x)=4cos(u)-1.5sin^2(u)+0.1667=0cos(u)−1.5sin2(u)+0.1667=0
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