Тригонометрия 2 часть

Уравнение смешанного типа, содержащие тригонометрические функции

1. Уравнения смешанного типа, содержащие тригонометрические функции

\[\text{а)\; Решите уравнение} \quad 16^{\sin x} = \left( \dfrac{1}{4} \right)^{2\sin 2x};\]

 

\[\text{б)\; Найдите все корни, принадлежащие отрезку}\quad \left[ 2\pi;\; \dfrac{7\pi}{2} \right].\]

Показать ответ и решение

Шаг 1. Преобразуем уравнение к одному основанию
 
 

\( 16^{\sin x} = \left( \dfrac{1}{4} \right)^{2\sin 2x} \)

 
 
 

\( 16 = 4^2 \), \( \dfrac{1}{4} = 4^{-1} \)

 
 
 

\[(4^2)^{\sin x} = (4^{-1})^{2\sin 2x}\]

 
 
Шаг 2. Применим свойства степеней
 
 

\[4^{2\sin x} = 4^{-2\sin 2x}\]

 
 
 

Показатели равны:

 

\[2\sin x = -2\sin 2x\]

 
 
Шаг 3. Упростим и подставим формулу двойного угла
 
 

\[\sin x = -\sin 2x\]

 
 
 

\[\sin 2x = 2\sin x \cos x\]

 
 
 

\[\sin x = -2\sin x \cos x\]

 
 
Шаг 4. Вынесем общий множитель, составим совокупность
 
 

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

 

\[\sin x (1 + 2\cos x) = 0\]

 
 
 

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

 
 
Шаг 5. Решаем уравнение \(\sin x = 0\)
 
 

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

 
 
Шаг 6. Решаем уравнение \(1 + 2\cos x = 0\)
 
 

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

 
 
 

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

 
 
Промежуточный ответ (пункт а)
 
 

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

 
 
Шаг 7. Отбор корней на отрезке
 
 

\( x \in \left[2\pi;\; \dfrac{7\pi}{2} \right] \)

 
 
 

Подставляем значения \(k\) и выбираем подходящие:

 
 
 

\[\begin{array}{ll}x = \pi k: & k = 2 \implies x = 2\pi \\ & k = 3 \implies x = 3\pi \\x = \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k: & k = 1 \implies x = \dfrac{8\pi}{3} \\x = -\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k: & k = 2 \implies x = \dfrac{10\pi}{3}\end{array}\]

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

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

 
 
б)
 
 

\[x = 2\pi;\quad x = \dfrac{8\pi}{3};\quad x = 3\pi;\quad x = \dfrac{10\pi}{3}\]

 
 

 
 

\( \begin{array}{ll}\text{а)} & \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \pm \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б)} & x = 2\pi;\; \dfrac{8\pi}{3};\; 3\pi;\; \dfrac{10\pi}{3} \quad \text{✅}\end{array}\)

 
 
 

\( \begin{array}{ll}\text{а)} & \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \pm \dfrac{\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б)} & x = 2\pi;\; \dfrac{7\pi}{3};\; 3\pi;\; \dfrac{11\pi}{3}\end{array}\)

 
 
 

\( \begin{array}{ll}\text{а)} & \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \pm \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б)} & x = 2\pi;\; \dfrac{7\pi}{3};\; 3\pi;\; \dfrac{10\pi}{3}\end{array}\)

 
 
 

\( \begin{array}{ll}\text{а)} & \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \pm \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б)} & x = 2\pi;\; \dfrac{8\pi}{3};\; 3\pi;\; \dfrac{11\pi}{3}\end{array}\)

 
 
 

\( \begin{array}{ll}\text{а)} & \left[\begin{array}{l}x = \pi k \\x = \pm \dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k\end{array}\right.,\quad k \in \mathbb{Z} \\\text{б)} & x = 2\pi;\; \dfrac{8\pi}{3};\; 3\pi;\; \dfrac{9\pi}{3}\end{array}\)

 

2. Уравнения смешанного типа, содержащие тригонометрические функции

\[\text{а)} \quad {\left(25^{\cos x}\right)^{\sin x}} = 5^{\cos x}\]

 

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

Показать ответ и решение

Шаг 1. Преобразуем левую часть уравнения
 
Используем свойства степеней: \( (a^m)^n = a^{m \cdot n} \).
 
 

\[\left(25^{\cos x}\right)^{\sin x} = 5^{\cos x}\]

 
 
Преобразуем левую часть:
 
 

\[25^{\cos x \cdot \sin x} = 5^{\cos x}\]

 
 
Поскольку \( 25 = 5^2 \), подставим это:
 
 

\[(5^2)^{\cos x \cdot \sin x} = 5^{\cos x}\]

 
 
 

\[5^{2\cos x \cdot \sin x} = 5^{\cos x}\]

 
 
Шаг 2. Приравниваем показатели степеней
 
Основания одинаковы, значит приравниваем показатели:
 
 

\[2\cos x \cdot \sin x = \cos x\]

 
 
Шаг 3. Переносим всё в одну часть и выносим общий множитель
 
 

\[2\cos x \cdot \sin x — \cos x = 0\]

 
 
 

\[\cos x (2\sin x — 1) = 0\]

 
 
Шаг 4. Решаем совокупность
 
Произведение равно нулю, значит хотя бы один из множителей равен нулю:
 
 

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

 
 
Рассмотрим каждое уравнение совокупности.
 
Случай 1:
 
 

\[\cos x = 0 \implies x = \dfrac{\pi}{2} + \pi k,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Случай 2:
 
 

\[2\sin x — 1 = 0 \implies \sin x = \dfrac{1}{2}\]

 
 
 

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

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

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

 
 
Шаг 5. Отбор корней на отрезке
 
Проверяем, какие значения \( x \) попадают в отрезок \( \left[ -\dfrac{5\pi}{2},\; -\pi \right] \).
 
Для \( x = \dfrac{\pi}{2} + \pi k \):
 
 

k = -3:\quad x = \dfrac{\pi}{2} — 3\pi = -\dfrac{5\pi}{2} \\

 

k = -2:\quad x = \dfrac{\pi}{2} — 2\pi = -\dfrac{3\pi}{2}

 
 
Для \( x = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k \):
 
 

k = -1:\quad x = \dfrac{\pi}{6} — 2\pi = -\dfrac{11\pi}{6}

 
 
Для \( x = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k \):
 
 

k = -1:\quad x = \dfrac{5\pi}{6} — 2\pi = -\dfrac{7\pi}{6}

 
 
Ответ:
 
б) \( x = -\dfrac{5\pi}{2},\; -\dfrac{11\pi}{6},\; -\dfrac{3\pi}{2},\; -\dfrac{7\pi}{6} \)
 

 
 

\[\begin{array}{ll}\text{1.} & x = -\dfrac{5\pi}{2},\; -\dfrac{11\pi}{6},\; -\dfrac{3\pi}{2},\; -\dfrac{7\pi}{6} \;\; \text{✅} \\\text{2.} & x = -\dfrac{5\pi}{2},\; -\dfrac{3\pi}{2},\; -\dfrac{7\pi}{6} \\\text{3.} & x = -\dfrac{3\pi}{2},\; -\dfrac{11\pi}{6},\; -\dfrac{7\pi}{6} \\\text{4.} & x = -\dfrac{5\pi}{2},\; -\dfrac{11\pi}{6},\; -\dfrac{7\pi}{6} \\\text{5.} & x = -\dfrac{5\pi}{2},\; -\dfrac{3\pi}{2},\; -\dfrac{11\pi}{6}\end{array}\]

 

3. Уравнения смешанного типа, содержащие тригонометрические функции

а) Решите уравнение

 

\[36^{\sin 2x} = 6^{2\sin x}\]

 

б) Найдите все корни, принадлежащие промежутку

 

\[\left[ -\dfrac{7\pi}{2} ;\ -\dfrac{5\pi}{2} \right]\]

Показать ответ и решение

Часть а. Решим уравнение
 
 

\[36^{\sin 2x} = 6^{2\sin x}\]

 
 
Шаг 1. Приведём к одному основанию
 
 

\[36 = 6^2 \implies 36^{\sin 2x} = (6^2)^{\sin 2x} = 6^{2\sin 2x}\]

 
 
 

Уравнение принимает вид:

 

\[6^{2\sin 2x} = 6^{2\sin x}\]

 
 
Шаг 2. Приравняем показатели
 
 

\[2\sin 2x = 2\sin x \implies \sin 2x = \sin x\]

 
 
Шаг 3. Используем формулу двойного угла
 
 

\[\sin 2x = 2\sin x \cos x\]

 
 
 

Подставляем:

 

\[2\sin x \cos x = \sin x\]

 
 
Шаг 4. Переносим всё в одну часть и выносим множитель
 
 

\[2\sin x \cos x — \sin x = 0\]

 

\[\sin x (2\cos x — 1) = 0\]

 
 
Шаг 5. Решаем совокупность
 
 

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

 
 
 

Решения:

 
 
 

\[\sin x = 0 \implies x = \pi k,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
 

\[2\cos x — 1 = 0 \implies \cos x = \frac{1}{2} \implies x = \pm\frac{\pi}{3} + 2\pi k,\quad k \in \mathbb{Z}\]

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

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

 
 
Часть б. Отбор корней на промежутке
 
 

\[\left[ -\dfrac{7\pi}{2};\ -\dfrac{5\pi}{2} \right]\]

 
 
 

Проверяем решения из совокупности:

 
 
 

Для \( x = \pi k \):

 
 
 

\[x = -3\pi \quad (k = -3)\]

 
 
 

\[-3\pi \in \left[ -\dfrac{7\pi}{2};\ -\dfrac{5\pi}{2} \right]\]

 
 
 

Другие значения не попадают в промежуток.

 
 
 

Для \( x = \pm\dfrac{\pi}{3} + 2\pi k \) подходящих значений нет.

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

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

 
 
б) \( x = -3\pi \)
 

 
 

\( x = -3\pi \) ✅

 
 
 

\( x = -2\pi \)

 
 
 

\( x = -\dfrac{11\pi}{3} \)

 
 
 

\( x = -\dfrac{7\pi}{2} \)

 
 
 

\( x = -\dfrac{5\pi}{2} \)

 

4. Уравнения смешанного типа, содержащие тригонометрические функции

а) Решите уравнение

 

\[5^{2\sin 2x} = \left( \dfrac{1}{25} \right)^{\cos \left( \dfrac{3\pi}{2} + x \right)}\]

 

б) Найдите все корни, принадлежащие промежутку

 

\[\left[ \dfrac{3\pi}{2} ; 3\pi \right]\]

Показать ответ и решение

Шаг 1. Преобразуем правую часть уравнения
 
 

\[\frac{1}{25} = 5^{-2}\]

 
 
 

Подставим:

 

\[5^{2\sin 2x} = (5^{-2})^{\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right)}\]

 
 
Шаг 2. Используем свойства степеней
 
 

\[(5^{-2})^{\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right)} = 5^{-2\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right)}\]

 
 
 

Теперь уравнение:

 

\[5^{2\sin 2x} = 5^{-2\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right)}\]

 
 
Шаг 3. Приравниваем показатели
 
 

\[2\sin 2x = -2\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right)\]

 
 
 

Разделим обе части на 2:

 

\[\sin 2x = -\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right)\]

 
 
Шаг 4. Формула приведения для косинуса
 
 

\[\cos\left( \frac{3\pi}{2} + x \right) = \sin x\]

 
 
 

Тогда:

 

\[\sin 2x = -\sin x\]

 
 
Шаг 5. Формула двойного угла
 
 

\[\sin 2x = 2\sin x \cos x\]

 
 
 

Подставим:

 

\[2\sin x \cos x = -\sin x\]

 
 
Шаг 6. Переносим всё в одну сторону
 
 

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

 
 
 

Вынесем \(\sin x\) за скобку:

 

\[\sin x (2\cos x + 1) = 0\]

 
 
 

Рассматриваем совокупность:

 
 

\[\left[\begin{array}{lr}\sin x = 0 \\2\cos x + 1 = 0\end{array}\right.\]

 
 
 
Шаг 7. Решаем \(\sin x = 0\)
 
 

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

 
 
Шаг 8. Решаем \(2\cos x + 1 = 0\)
 
 

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

 
 
 

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

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

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

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

 
 

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

 
 
а) \(x = \pi k;\ x = \pm\dfrac{\pi}{3} + 2\pi k,\ k \in \mathbb{Z}\)
б) \(x = 2\pi;\ \dfrac{7\pi}{3};\ 3\pi\)
 
а) \(x = 2\pi k;\ x = \pm\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k,\ k \in \mathbb{Z}\)
б) \(x = 2\pi;\ \dfrac{8\pi}{3};\ 3\pi\)
 
а) \(x = \pi k;\ x = \pm\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k,\ k \in \mathbb{Z}\)
б) \(x = 2\pi;\ \dfrac{7\pi}{3};\ 3\pi\)
 
а) \(x = \pi k;\ x = \pm\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k,\ k \in \mathbb{Z}\)
б) \(x = 2\pi;\ \dfrac{8\pi}{3};\ 2\pi\)
 
✅ а) \(x = \pi k;\ x = \pm\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi k,\ k \in \mathbb{Z}\)
б) \(x = 2\pi;\ \dfrac{8\pi}{3};\ 3\pi\)

5. Уравнения смешанного типа, содержащие тригонометрические функции

\[\text{а)} \quad {15^{\sin x}} = {5^{\sin x}} \cdot {3^{ — \sqrt{3} \cos x}}\]

 

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

Показать ответ и решение

Шаг 1. Преобразуем левую часть уравнения
 
 

\[15^{\sin x} = (5 \cdot 3)^{\sin x} = 5^{\sin x} \cdot 3^{\sin x}\]

 
 
 

Уравнение примет вид:

 

\[5^{\sin x} \cdot 3^{\sin x} = 5^{\sin x} \cdot 3^{ — \sqrt{3} \cos x}\]

 
 
Шаг 2. Упростим уравнение
 
 

\[5^{\sin x} \ne 0\]

 
 
 

Делим обе части на \(5^{\sin x}\):

 

\[3^{\sin x} = 3^{ — \sqrt{3} \cos x}\]

 
 
Шаг 3. Сравним степени
 
 

\[\sin x = -\sqrt{3} \cos x\]

 
 
Шаг 4. Выразим тангенс
 
 

\[\tan x = -\sqrt{3}\]

 
 
Шаг 5. Общее решение
 
 

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

 
 
Ответ:
 
а)
 
 

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

 
 
Шаг 6. Отбор корней на отрезке
 
 

Промежуток: \(\left[\dfrac{5\pi}{2};\;4\pi\right]\)

 
 
 

Подставляем \(k = 3\):

 

\[x = -\dfrac{\pi}{3} + 3\pi = \dfrac{8\pi}{3}\]

 
 
 

Подставляем \(k = 4\):

 

\[x = -\dfrac{\pi}{3} + 4\pi = \dfrac{11\pi}{3}\]

 
 
 

Оба значения принадлежат отрезку.

 
 
Ответ:
 
б) \(x = \dfrac{8\pi}{3}\), \(x = \dfrac{11\pi}{3}\)
 

 
 

\[\begin{array}{ll}\text{1.}\quad x = \dfrac{7\pi}{3};\; x = \dfrac{10\pi}{3} & \\\text{2.}\quad x = \dfrac{8\pi}{3};\; x = \dfrac{11\pi}{3} & \quad \text{✅} \\\text{3.}\quad x = \dfrac{5\pi}{3};\; x = \dfrac{8\pi}{3} & \\\text{4.}\quad x = \dfrac{11\pi}{3};\; x = \dfrac{14\pi}{3} & \\\text{5.}\quad x = \dfrac{7\pi}{3};\; x = \dfrac{11\pi}{3} &\end{array}\]