Тригонометрия 2 часть

Тригонометрические уравнения, содержащие ОДЗ

1. Тригонометрические уравнения, содержащие ОДЗ

а) Решите уравнение

 

\[\dfrac{2\sin^2 x + 3\cos x}{2\sin x — \sqrt{3}} = 0\]

 

б) Найдите все корни, принадлежащие промежутку \([\pi;\; 3\pi]\)

Показать ответ и решение

а) Решим уравнение
 
 

\[\dfrac{2\sin^2 x + 3\cos x}{2\sin x — \sqrt{3}} = 0\]

 
 
Условие равенства дроби нулю: числитель равен нулю, знаменатель не равен нулю. Запишем систему:
 
 

\[\left\{\begin{array}{l}2\sin^2 x + 3\cos x = 0 \\2\sin x — \sqrt{3} \ne 0\end{array}\right.\]

 
 
Шаг 1. Преобразуем первое уравнение
 
 

\[2\sin^2 x + 3\cos x = 0\]

 
 
Выразим \(\sin^2 x\) через \(\cos x\):
 
 

\[2(1 — \cos^2 x) + 3\cos x = 0\]

 
 
 

\[2 — 2\cos^2 x + 3\cos x = 0\]

 
 
 

\[-2\cos^2 x + 3\cos x + 2 = 0\]

 
 
Домножим на \(-1\):
 
 

\[2\cos^2 x — 3\cos x — 2 = 0\]

 
 
Шаг 2. Решим квадратное уравнение
 
Пусть \(\cos x = t\), тогда:
 
 

\[2t^2 — 3t — 2 = 0\]

 
 
Дискриминант:
 
 

\[D = (-3)^2 — 4 \cdot 2 \cdot (-2) = 9 + 16 = 25\]

 
 
Корни:
 
 

\[t_1 = \dfrac{3 + 5}{4} = 2, \qquad t_2 = \dfrac{3 — 5}{4} = -\dfrac{1}{2}\]

 
 
Подходит только \(t_2 = -\dfrac{1}{2}\), так как \(\cos x \in [-1;1]\).
 
Шаг 3. Найдём x
 
 

\[\cos x = -\dfrac{1}{2}\]

 
 
 

\[x = \pm\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k, \quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Шаг 4. Учтём ограничение системы
 
 

\[2\sin x — \sqrt{3} \ne 0 \;\Longrightarrow\; \sin x \ne \dfrac{\sqrt{3}}{2}\]

 
 
При \(\sin x = \dfrac{\sqrt{3}}{2}\) получаем \(x = \dfrac{\pi}{3} + 2\pi n\) и \(x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi n\). Среди найденных корней есть \(x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\), его исключаем.
 
Остаётся:
 
 

\[x = -\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k, \quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
б) Отбор корней на отрезке \([\pi;\;3\pi]\)
 
Подставим значения \(k\):
 
 

\[x = -\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\]

 
 
Для \(k = 1:\; x = -\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi = \dfrac{4\pi}{3} \in [\pi;\;3\pi]\)
 
Для \(k = 2:\; x = -\dfrac{2\pi}{3} + 4\pi = \dfrac{10\pi}{3} > 3\pi\)
 
Только \(x = \dfrac{4\pi}{3}\) подходит.
 
Ответ:
 
а)
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = -\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
б) \(x = \dfrac{4\pi}{3}\)
 

 
 

\(\dfrac{4\pi}{3}\) ✅

 
 
 

\(\dfrac{2\pi}{3}\)

 
 
 

\(\dfrac{5\pi}{3}\)

 
 
 

\(\dfrac{7\pi}{3}\)

 
 
 

\(2\pi\)

 

2. Тригонометрические уравнения, содержащие ОДЗ

\[\begin{aligned}&\text{а) Решите уравнение} \\&\quad \dfrac{2\cos^2 x — 5\sin x + 1}{2\cos x — \sqrt{3}} = 0. \\[2ex]&\text{б) Найдите все его корни, принадлежащие отрезку } \left[ -\pi;\ \pi \right].\end{aligned}\]

Показать ответ и решение

Шаг 1. Запишем систему условий
 
 

\[\left\{\begin{aligned}2\cos^2 x — 5\sin x + 1 &= 0 \\2\cos x — \sqrt{3} &\ne 0\end{aligned}\right.\]

 
 
Шаг 2. Преобразуем уравнение
 
 

\[\cos^2 x = 1 — \sin^2 x\]

 
 
 

\[2(1 — \sin^2 x) — 5\sin x + 1 = 0\]

 
 
 

\[2 — 2\sin^2 x — 5\sin x + 1 = 0\]

 
 
 

\[-2\sin^2 x — 5\sin x + 3 = 0\]

 
 
 

\[2\sin^2 x + 5\sin x — 3 = 0\]

 
 
Шаг 3. Вводим замену и решаем квадратное уравнение
 
 

\[\sin x = t, \quad t \in [-1; 1]\]

 
 
 

\[2t^2 + 5t — 3 = 0\]

 
 
 

\[D = 5^2 — 4 \cdot 2 \cdot (-3) = 49\]

 
 
 

\[t_1 = \dfrac{-5 + 7}{4} = 0.5, \quad t_2 = \dfrac{-5 — 7}{4} = -3\]

 
 
 

\[\sin x = 0.5\]

 
 
Шаг 4. Решаем уравнение \( \sin x = \dfrac{1}{2} \)
 
 

\[\left[\begin{array}{lr}x = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k \\x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k\end{array}\right.\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Шаг 5. Учитываем ограничение на знаменатель
 
 

\[2\cos x — \sqrt{3} \ne 0 \implies \cos x \ne \dfrac{\sqrt{3}}{2}\]

 
 
 

x = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k \implies \cos x = \dfrac{\sqrt{3}}{2} \quad \text{(не подходит)}

 
 
 

x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k \implies \cos x = -\dfrac{\sqrt{3}}{2} \quad \text{(подходит)}

 
 
Шаг 6. Записываем общий ответ (пункт а)
 
 

\[x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Шаг 7. Отбор корней на отрезке \([-\pi;\, \pi]\) (пункт б)
 
 

\[x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k\]

 
 
 

k = 0 \implies x = \dfrac{5\pi}{6} \in [-\pi;\, \pi]

 
 
 

k = -1 \implies x = -\dfrac{7\pi}{6} \notin [-\pi;\, \pi]

 
 
 

k = 1 \implies x = \dfrac{17\pi}{6} \notin [-\pi;\, \pi]

 

\]

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

\[x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
б) \( x = \dfrac{5\pi}{6} \)
 

 
 

\[\begin{array}{ll}\text{A) } x = \dfrac{5\pi}{6} \quad \text{✅} \\\text{B) } x = \dfrac{\pi}{6} \\\text{C) } x = -\dfrac{5\pi}{6} \\\text{D) } x = \dfrac{7\pi}{6} \\\text{E) } x = \dfrac{\pi}{2} \\\end{array}\]

 

3. Тригонометрические уравнения, содержащие ОДЗ

 

а) Решите уравнение

 

\[\dfrac{\cos 2x + \sqrt{3} \sin x — 1}{\mathrm{tg}\,x — \sqrt{3}} = 0;\]

 

б) Найдите все корни, принадлежащие промежутку

 

\[\left[2\pi;\, \dfrac{7\pi}{2}\right].\]

 

Показать ответ и решение

Шаг 1. Запишем условие уравнения
 
 

\[\dfrac{\cos 2x + \sqrt{3} \sin x — 1}{\tan x — \sqrt{3}} = 0\]

 
 
Чтобы дробь была равна нулю, числитель должен быть равен нулю, а знаменатель — отличен от нуля. Запишем это как систему:
 
 

\[\left\{\begin{array}{l}\cos 2x + \sqrt{3} \sin x — 1 = 0 \\\tan x — \sqrt{3} \ne 0\end{array}\right.\]

 
 
Шаг 2. Преобразуем уравнение числителя
 
Используем формулу двойного угла: \(\cos 2x = 1 — 2\sin^2 x\). Подставим:
 
 

\[1 — 2\sin^2 x + \sqrt{3} \sin x — 1 = 0\]

 
 
Приведём подобные:
 
 

\[-2\sin^2 x + \sqrt{3} \sin x = 0\]

 
 
Вынесем \(\sin x\) за скобку:
 
 

\[\sin x \left( -2\sin x + \sqrt{3} \right) = 0\]

 
 
Или:
 
 

\[\sin x \left( \sqrt{3} — 2\sin x \right) = 0\]

 
 
Шаг 3. Решим полученное уравнение (совокупность)
 
Произведение равно нулю, значит, хотя бы один из множителей равен нулю. Запишем совокупность:
 
 

\[\left[\begin{array}{l}\sin x = 0 \\\sqrt{3} — 2\sin x = 0\end{array}\right.\]

 
 
Второе уравнение: \(\sin x = \dfrac{\sqrt{3}}{2}\).
 
 

\[\left[\begin{array}{l}\sin x = 0 \\\sin x = \dfrac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right.\]

 
 
Не забываем условие: \(\tan x \ne \sqrt{3}\).
 
Шаг 4. Найдём все значения \(x\) для каждого случая
 
 

1) \(\sin x = 0\)

 
 
 

\[x = \pi k, \quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
 

2) \(\sin x = \dfrac{\sqrt{3}}{2}\)

 
 
 

\[x = \dfrac{\pi}{3} + 2\pi k,\quad x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Исключим те значения, при которых \(\tan x = \sqrt{3}\):
 
 

\[\tan x = \sqrt{3} \iff x = \dfrac{\pi}{3} + \pi n, \quad n \in \mathbb{Z}\]

 
 
Значит, \(x = \dfrac{\pi}{3} + 2\pi k\) нужно исключить.
 
Остаются:
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Шаг 5. Ответ к пункту а
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Шаг 6. Отбор корней на промежутке \(\left[2\pi;\dfrac{7\pi}{2}\right]\)
 
1) \(x = \pi k\):
 
 

При \(k = 2\): \(x = 2\pi\) — подходит.

 

При \(k = 3\): \(x = 3\pi\) — подходит.

 

При \(k = 4\): \(x = 4\pi > \dfrac{7\pi}{2}\) — не подходит.

 
 
2) \(x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\):
 
 

При \(k = 1\): \(x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi = \dfrac{8\pi}{3}\) — подходит.

 

При \(k = 2\): \(x = \dfrac{2\pi}{3} + 4\pi = \dfrac{14\pi}{3} > \dfrac{7\pi}{2}\) — не подходит.

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
б) \(x = 2\pi\), \(x = \dfrac{8\pi}{3}\), \(x = 3\pi\)
 

 
 

\[\begin{array}{l}\text{а) } \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б) } x = 2\pi;\ x = \dfrac{8\pi}{3};\ x = 3\pi\end{array}\] ✅

 
 
 

\[\begin{array}{l}\text{а) } \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б) } x = 2\pi;\ x = \dfrac{7\pi}{3};\ x = 3\pi\end{array}\]

 
 
 

\[\begin{array}{l}\text{а) } \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б) } x = 2\pi;\ x = \dfrac{5\pi}{3};\ x = 3\pi\end{array}\]

 
 
 

\[\begin{array}{l}\text{а) } \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б) } x = 2\pi;\ x = \dfrac{8\pi}{3};\ x = 4\pi\end{array}\]

 
 
 

\[\begin{array}{l}\text{а) } \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б) } x = \pi;\ x = \dfrac{8\pi}{3};\ x = 3\pi\end{array}\]

 

4. Тригонометрические уравнения, содержащие ОДЗ

 

а) Решите уравнение

 

\[\dfrac{1}{\sin^2{x}} — \dfrac{3}{\sin{x}} + 2 = 0\]

 

б) Найдите все корни, принадлежащие промежутку

 

\[\left[ -\dfrac{5\pi}{2};\, -\pi \right].\]

 

Показать ответ и решение

Шаг 1. Приведём уравнение к общему знаменателю
 
 

\[\dfrac{1}{\sin^2 x} — \dfrac{3}{\sin x} + 2 = 0\]

 
 
 

\[\dfrac{1 — 3\sin x + 2\sin^2 x}{\sin^2 x} = 0\]

 
 
 

Дробь равна нулю, когда числитель равен нулю, а знаменатель не равен нулю:

 
 
 

\[\left\{\begin{array}{l}2\sin^2 x — 3\sin x + 1 = 0 \\\sin^2 x \ne 0\end{array}\right.\]

 
 
Шаг 2. Заменим \(\sin x\) переменной
 
 

Пусть \(\sin x = t\), где \(t \in [-1;1]\):

 
 
 

\[2t^2 — 3t + 1 = 0\]

 
 
Шаг 3. Решим квадратное уравнение
 
 

\[D = (-3)^2 — 4 \cdot 2 \cdot 1 = 1\]

 
 
 

\[t_1 = \dfrac{3 — 1}{4} = \dfrac{1}{2}, \quad t_2 = \dfrac{3 + 1}{4} = 1\]

 
 
 

\[\sin x = \dfrac{1}{2} \quad \text{или} \quad \sin x = 1\]

 
 
Шаг 4. Найдём все решения
 
 

\[\left[\begin{array}{l}\sin x = 1 \\\sin x = \dfrac{1}{2}\end{array}\right.\]

 
 
 

\[\sin x = 1 \implies x = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi k,\;k \in \mathbb{Z}\]

 
 
 

\[\sin x = \dfrac{1}{2} \implies\left[\begin{array}{l}x = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k \\x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k\end{array}\right.,\;k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k \\x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k \\x = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi k\end{array}\right.\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Шаг 5. Отбор корней на отрезке \(\left[ -\dfrac{5\pi}{2}; -\pi \right]\)
 
 

Подставляем целые \(k\) в каждую формулу и ищем те \(x\), что попадают в промежуток:

 
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = \dfrac{\pi}{6} — 2\pi = -\dfrac{11\pi}{6} \\x = \dfrac{5\pi}{6} — 2\pi = -\dfrac{7\pi}{6} \\x = \dfrac{\pi}{2} — 2\pi = -\dfrac{3\pi}{2}\end{array}\right.\]

 
 
 

Все три значения принадлежат отрезку \(\left[ -\dfrac{5\pi}{2}; -\pi \right]\).

 
 
Ответ:
 
б)
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = -\dfrac{11\pi}{6} \\x = -\dfrac{3\pi}{2} \\x = -\dfrac{7\pi}{6}\end{array}\right.\]

 
 

 

 
 

\[\begin{array}{ll}\text{а)} & \left[\begin{array}{l}x = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k \\x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k \\x = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi k\end{array}\right.,\;k \in \mathbb{Z} \\[16pt]\text{б)} &\end{array}\]

 
 
 
     
  • \(\left\{ x = -\dfrac{11\pi}{6};\; x = -\dfrac{3\pi}{2};\; x = -\dfrac{7\pi}{6} \right\}\) ✅
  •  
  • \(\left\{ x = -\dfrac{5\pi}{6};\; x = -\dfrac{3\pi}{2};\; x = -\dfrac{7\pi}{6} \right\}\)
  •  
  • \(\left\{ x = -\dfrac{11\pi}{6};\; x = -\dfrac{3\pi}{2};\; x = -\dfrac{13\pi}{6} \right\}\)
  •  
  • \(\left\{ x = -\dfrac{11\pi}{6};\; x = -\dfrac{5\pi}{6};\; x = -\dfrac{7\pi}{6} \right\}\)
  •  
  • \(\left\{ x = -\dfrac{13\pi}{6};\; x = -\dfrac{3\pi}{2};\; x = -\dfrac{7\pi}{6} \right\}\)
  •  
 

5. Тригонометрические уравнения, содержащие ОДЗ

\[\text{а) Решите уравнение } 4\tan^2 x + \dfrac{3}{\cos x} + 3 = 0;\]

 

\[\text{б) Найдите все корни, принадлежащие промежутку } \left[ \dfrac{5\pi}{2};\,4\pi \right].\]

Показать ответ и решение

Шаг 1. Напомним основные тригонометрические формулы
 
 

\[\tan{x} = \frac{\sin{x}}{\cos{x}} \Rightarrow \tan^2{x} = \frac{\sin^2{x}}{\cos^2{x}}\]

 

\[\sin^2{x} + \cos^2{x} = 1\]

 
 
Шаг 2. Преобразуем уравнение с помощью формул
 
 

\[4\tan^2{x} + \frac{3}{\cos{x}} + 3 = 0 \Longleftrightarrow \frac{4\sin^2{x}}{\cos^2{x}} + \frac{3}{\cos{x}} + 3 = 0\]

 

\[\frac{4\sin^2{x} + 3\cos{x} + 3\cos^2{x}}{\cos^2{x}} = 0\]

 
 
Дробь равна нулю, если числитель равен нулю, а знаменатель не равен нулю. Получаем систему:
 
 

\[\left\{\begin{array}{l}4\sin^2{x} + 3\cos{x} + 3\cos^2{x} = 0 \\\cos^2{x} \ne 0\end{array}\right.\]

 
 
Шаг 3. Выразим всё через \(\cos{x}\)
 
 

\[\sin^2{x} = 1 — \cos^2{x}\]

 

\[4(1 — \cos^2{x}) + 3\cos{x} + 3\cos^2{x} = 0\]

 

\[4 — 4\cos^2{x} + 3\cos{x} + 3\cos^2{x} = 0\]

 

\[-4\cos^2{x} + 3\cos^2{x} + 3\cos{x} + 4 = 0\]

 

\[-\cos^2{x} + 3\cos{x} + 4 = 0\]

 

\[\cos^2{x} — 3\cos{x} — 4 = 0\]

 
 
Шаг 4. Решим квадратное уравнение
 
 

Пусть \( t = \cos{x} \), \( t \in [-1;1] \):

 

\[t^2 — 3t — 4 = 0\]

 

\[D = (-3)^2 — 4 \cdot 1 \cdot (-4) = 9 + 16 = 25\]

 

\[t_{1,2} = \frac{3 \pm \sqrt{25}}{2} = \frac{3 \pm 5}{2}\]

 

\[t_1 = 4, \quad t_2 = -1\]

 
 
В промежутке \( t \in [-1;1] \) подходит только \( t = -1 \):
 
 

\[\cos{x} = -1\]

 
 
Шаг 5. Найдём x, при которых \(\cos{x} = -1\)
 
 

\[\cos{x} = -1 \Longleftrightarrow x = \pi + 2\pi k, \quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Условие \(\cos^2{x} \ne 0\) выполнено, так как \(-1 \ne 0\).
 
Шаг 6. Отбор корней на отрезке
 
 

\[x = \pi + 2\pi k\]

 

\[\left[ \frac{5\pi}{2}, 4\pi \right]\]

 
 
 

Пробуем значения \(k\):

 

— \(k = 0: x = \pi\) (не входит)

 

— \(k = 1: x = 3\pi\) (входит)

 

— \(k = 2: x = 5\pi\) (не входит)

 
 
 

Итак, единственный корень на отрезке:

 

\[x = 3\pi\]

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

\[\left[\begin{array}{l}x = \pi + 2\pi k\end{array}\right.\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
б) \( x = 3\pi \)
 

 
 

\( x = 3\pi \) ✅

 
 
 

\( x = 2\pi \)

 
 
 

\( x = \frac{7\pi}{2} \)

 
 
 

\( x = 4\pi \)

 
 
 

\( x = \pi \)