Задачи для самостоятельной подготовки "УчУ"




Задача № 13248

Решите уравнение: 11 cos x + 60 sin x = -30,5.


Решение и ответ:
Ответ:

116061ABCαβ

Для того, чтобы решить это уравнение необходимо представить прямоугольный треугольник ABC с прямым углом B, катеты которого AB = 11, BC = 60. Используя Теорему Пифагора AC2 = AB2 + BC2 можно рассчитать гипотенузу: AC2 = 112 + 602 = 3721 = 612, откуда гипотенуза AC = 61.

Первое решение:
Пусть в этом треугольнике ABC угол A равен α, тогда можем вычислить cos α =
11
61
, sin α =
60
61
. Поделим всё уравнение на 61, получим:
11
61
cos x
+
60
61
sin x = -
1
2
.
Заменим полученные значения:
cos α cos x + sin α sin x = -
1
2
,
далее собираем по формуле:
cos(α - x) = -
1
2
,
откуда по единичной окружности можно определить корни:
α - x1 =
3
+ 2πn
, n∈Z,
α - x2 =
3
+ 2πn
, n∈Z.
После этого:
-x1 = -α +
3
+ 2πn
, n∈Z,
-x2 = -α +
3
+ 2πn
, n∈Z.
Умножим корни на -1, чтобы избавиться от -x:
x1 = α -
3
+ 2πk
, k∈Z,
x2 = α -
3
+ 2πk
, k∈Z (при этом заменим n на k, чтобы корни выглядели красивее).
Так как cos α =
11
61
, sin α =
60
61
, то можно записать точные значения корней так:
x1 = arcsin(
60
61
) -
3
+ 2πk
, k∈Z,
x2 = arcsin(
60
61
) -
3
+ 2πk
, k∈Z
или
x1 = arccos(
11
61
) -
3
+ 2πk
, k∈Z,
x2 = arccos(
11
61
) -
3
+ 2πk
, k∈Z


Второе решение:
Пусть в этом треугольнике ABC угол C равен β, тогда можем вычислить cos β =
60
61
, sin β =
11
61
. Поделим всё уравнение на 61, получим:
11
61
cos x
+
60
61
sin x = -
1
2
.
Заменим полученные значения:
sin β cos x + cos β sin x = -
1
2
,
далее собираем по формуле:
sin(β + x) = -
1
2
,
откуда по единичной окружности можно определить корни:
β + x1 =
6
+ 2πn
, n∈Z,
β + x2 =
11π
6
+ 2πn
, n∈Z.
После этого:
x1 = -β +
6
+ 2πn
, n∈Z,
x2 = -β +
11π
6
+ 2πn
, n∈Z
.
Так как cos β =
60
61
, sin β =
11
61
, то можно записать точные значения корней так:
x1 = -arcsin(
11
61
) +
6
+ 2πn
, n∈Z,
x2 = -arcsin(
11
61
) +
11π
6
+ 2πn
, n∈Z

или
x1 = -arccos(
60
61
) +
6
+ 2πn
, n∈Z,
x2 = -arccos(
60
61
) +
11π
6
+ 2πn
, n∈Z



P.S. Может показаться, что найденные корни для первого и второго варианта решений совсем не одинаковые, потому что выражения для их записи не равны. Однако, это не так. Если вычислить конкретные значения, например arccos(
11
61
)
1,389 (заметьте, углы считаются в радианах, а не в градусах) и подставить вместо π3,14, то можно увидеть, что получатся следующие выражения для корней:
x11,389 -
2×3,14
3
+ 2×3,14×k
, k∈Z,
x21,389 -
4×3,14
3
+ 2×3,14×k
, k∈Z

для первого варианта решения и
x1-0,1813 +
7×3,14
6
+ 2×3,14×n
, n∈Z,
x2-0,1813 +
11×3,14
6
+ 2×3,14×n
, n∈Z

для второго варианта решения, после чего, упростив, можно получить:
x1 ≈ -0,704 + 6,28×k, k∈Z,
x2 ≈ -2,8 + 6,28×k, k∈Z
для первого варианта и:
x1 ≈ 3,48 + 6,28×n, n∈Z,
x2 ≈ 5,58 + 6,28×n, n∈Z
для второго варианта, откуда видно, что решения отличаются друг от друга ровно на период, равный , то есть на 6,28.


Похожие задачи: 14356, 13691, 10681.

Нашли ошибку? Сообщите нам!
Не хватает табличных данных? Посмотрите в справочнике!

Тема: Тригонометрические функции.