Задачи для самостоятельной подготовки "УчУ"




Задача № 14105

Решите уравнение: 7 cos x - 24 sin x = 12,5.


Решение и ответ:
Ответ:

72425ABCαβ

Для того, чтобы решить это уравнение необходимо представить прямоугольный треугольник ABC с прямым углом B, катеты которого AB = 7, BC = 24. Используя Теорему Пифагора AC2 = AB2 + BC2 можно рассчитать гипотенузу: AC2 = 72 + 242 = 625 = 252, откуда гипотенуза AC = 25.

Первое решение:
Пусть в этом треугольнике ABC угол A равен α, тогда можем вычислить cos α =
7
25
, sin α =
24
25
. Поделим всё уравнение на 25, получим:
7
25
cos x
-
24
25
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 =
π
3
+ 2πn
, n∈Z,
α + x2 =
3
+ 2πn
, n∈Z.
После этого:
x1 = -α +
π
3
+ 2πn
, n∈Z,
x2 = -α +
3
+ 2πn
, n∈Z.
Так как cos α =
7
25
, sin α =
24
25
, то можно записать точные значения корней так:
x1 = -arcsin(
24
25
) +
π
3
+ 2πn
, n∈Z,
x2 = -arcsin(
24
25
) +
3
+ 2πn
, n∈Z
или
x1 = -arccos(
7
25
) +
π
3
+ 2πn
, n∈Z,
x2 = -arccos(
7
25
) +
3
+ 2πn
, n∈Z


Второе решение:
Пусть в этом треугольнике ABC угол C равен β, тогда можем вычислить cos β =
24
25
, sin β =
7
25
. Поделим всё уравнение на 25, получим:
7
25
cos x
-
24
25
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 =
π
6
+ 2πn
, n∈Z,
β - x2 =
6
+ 2πn
, n∈Z.
После этого:
-x1 = -β +
π
6
+ 2πn
, n∈Z,
-x2 = -β +
6
+ 2πn
, n∈Z.
Умножим корни на -1, чтобы избавиться от -x:
x1 = β -
π
6
+ 2πk
, k∈Z,
x2 = β -
6
+ 2πk
, k∈Z (при этом заменим n на k, чтобы корни выглядели красивее).
Так как cos β =
24
25
, sin β =
7
25
, то можно записать точные значения корней так:
x1 = arcsin(
7
25
) -
π
6
+ 2πk
, k∈Z,
x2 = arcsin(
7
25
) -
6
+ 2πk
, k∈Z

или
x1 = arccos(
24
25
) -
π
6
+ 2πk
, k∈Z,
x2 = arccos(
24
25
) -
6
+ 2πk
, k∈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(
7
25
)
1,287 (заметьте, углы считаются в радианах, а не в градусах) и подставить вместо π3,14, то можно увидеть, что получатся следующие выражения для корней:
x1-1,287 +
3,14
3
+ 2×3,14×n
, n∈Z,
x2-1,287 +
5×3,14
3
+ 2×3,14×n
, n∈Z

для первого варианта решения и
x10,284 -
3,14
6
+ 2×3,14×k
, k∈Z,
x20,284 -
5×3,14
6
+ 2×3,14×k
, k∈Z

для второго варианта решения, после чего, упростив, можно получить:
x1 ≈ -0,24 + 6,28×n, n∈Z,
x2 ≈ 3,95 + 6,28×n, n∈Z
для первого варианта и:
x1 ≈ -0,239 + 6,28×k, k∈Z,
x2 ≈ -2,33 + 6,28×k, k∈Z
для второго варианта, откуда видно, что первые части этих решений идентичны, а вторые отличаются на период, равный , то есть на 6,28.


Похожие задачи: 10688, 14387, 14635, 10677.

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

Тема: Тригонометрические функции.