Baza wiedzy

Zbiór informacji z matematyki oraz fizyki przygotowany przez Szkołę Maturzystów

Proste równania trygonometryczne

Rozpatrzmy równanie sin x = a, to równanie ma rozwiązania, gdy a<-1,1>.
1. Aby rozwiązać to równanie rysujemy 2 funkcje: y= sin x oraz y=a, a
<-1,1>
2. Równanie sin x= a ma nieskończenie wiele rozwiązań, można to wygodnie zapisać w 2 seriach.
3. Wybieramy dowolne rozwiązanie
 (np. najmniejsze dodatnie), zauważmy, że w odległości 2π,4π,6π… od  też mamy rozwiązania tego równania, wobec tego możemy zapisać, że x=+2kπ, gdzie k
C
4. Drugą serię zapisujemy poprzez: x=
π-+2kπ, gdzie k
C


Analogicznie pokażemy teraz rozwiązanie równania cos x = a , gdzie a<-1,1>.
1. Aby rozwiązać to równanie rysujemy 2 funkcje: y= cos x oraz y=a, a
<-1,1>
2. Równanie cos x= a ma nieskończenie wiele rozwiązań, można to wygodnie zapisać w 2 seriach.
3. Wybieramy dowolne rozwiązanie
 (np. najmniejsze dodatnie), zauważmy, że w odległości 2π,4π,6π… od  też mamy rozwiązania tego równania, wobec tego możemy zapisać, że x=+2kπ, gdzie k
C
4. Drugą serię zapisujemy poprzez: x=-
+2kπ, gdzie k
C

Uwaga! Jeśli w którymkolwiek z 2 powyższych przykładów ǀaǀ>1 to równanie nie ma rozwiązań

Przykład 1

Rozwiąż równania:
sin x = -              b) cos x =                        c) sin x = -1

Rozwiązanie:

a) sin x = -  

1.Wykres:

 
2. Najmniejszym dodatnim rozwiązaniem równania jest x= 

3. Zapisujemy 1 serie rozwiązań: sin x= -
 ↔ x=+2kπ, gdzie kC
4. Zapisujemy 2 serie rozwiązań: sin x= -
 ↔ x=-+2kπ= +2kπ, gdzie k
C
5. Odp. x=
+2kπ
٧ x=+2kπ,gdzie kC

b) cos x =

1. Wykres:

      2. Najmniejszym dodatnim rozwiązaniem równania jest x= 
      3. Zapisujemy 1 serie rozwiązań: cos x =
 ↔ x=2kπ, gdzie kC
 4. Zapisujemy 2 serie rozwiązań: cos x =
  x=2kπ, gdzie k
C
 5. Odp. x=
2kπ
٧ x=2kπ,gdzie kC

 c) sin x = -1

1. Wykres:

2. Najmniejszym dodatnim rozwiązaniem równania jest x= 
3. Zapisujemy 1 serie rozwiązań: sin x= -
 ↔ x=+2kπ, gdzie kC
4. Zapisujemy 2 serie rozwiązań: sin x= -
 ↔ x=-+2kπ= +2kπ, gdzie k
C
5. Zauważamy, że seria 1 i 2 się pokrywają
6. Odp. x=
+2kπ, gdzie k
C

Przykład 2

Zbadaj, kiedy równanie 4cos x= 2m+3+cos x ma rozwiązanie

Rozwiązanie:

Przekształcamy równanie do postaci: cos x=

Równanie to ma rozwiązania, gdy  

Rozwiązując równanie otrzymujemy odpowiedź: m <-6,0>

Rozważymy jeszcze sytuację równań prostych dla tangensa i cotangensa. Postępujemy analogicznie jak w sytuacjach z sinusem i cosinusem pamiętając o założeniach.

Rozpatrzmy równanie tgx= Rozpatrzmy równanie tg x = a, to równanie ma rozwiązania, gdy aR i x≠+kπ,kC
1. Aby rozwiązać to równanie rysujemy 2 funkcje: y= tg x, gdzie x≠
+kπ,k
C oraz y=a, aR
2. Równanie tg x= a ma nieskończenie wiele rozwiązań
3. Wybieramy dowolne rozwiązanie
 (np. najmniejsze dodatnie), zauważmy, że w odległości π,2π,3π… od  też mamy rozwiązania tego równania, wobec tego możemy zapisać, że x=+kπ, gdzie k
C i
x≠
+ kπ,k
C

Analogicznie rozwiązujemy równania dla cotangensa, pamiętając jedynie o tym, że dziedziną cotangensa jest x≠ kπ,kC

Przykład 3

Rozwiąż równania:
a) tg x= -1           b) ctg x=  


a) tg x= -1

1. Założenie: x≠+kπ,kC

2. Wykres:

3. Najmniejszym dodatnim rozwiązaniem równania jest x= 
4. Zapisujemy odpowiedź: tg x= -
 ↔ x=+kπ, gdzie kC ٨ x≠+kπ,kC

b) ctg x=  
1. Założenie: x≠k
π,k
C
2.
Wykres:


3. Najmniejszym dodatnim rozwiązaniem równania jest x= 
4. Zapisujemy odpowiedź: ctg x=
 ↔ x=+kπ, gdzie kC ٨ x≠kπ,kC


Zadania do zrobienia

 

1. Rozwiąż równanie z niewiadomą x, x  R, korzystając z wykresu odpowiedniej funkcji trygonometrycznej.

 

a) sin x =

b) ctg x =

Odp.      a) x =  + 2k, k  C lub x =  + 2k, k  C

               b) x =  + k, k  C

 

2. Rozwiąż równania:

a) cos(-x) = 1

b) ctg(-x) =

 

Odp.      a) x = 2k, k  C

 

                b) x =  + k, k  C

 

3. Rozwiąż równanie: tg 2x = tg

Odp. x =  + k, k  C

 

4. Wyznacz wartości parametru m, m  R, dla których dane równanie z niewiadomą x ma rozwiązania:

a) cos x = 2m - 9

b) |tg x + 1| = m2 - 4

Odp.      a) m  

                b) m