Егэ по математике тригонометрия задания с решениями

а) Раскрыв скобки и перенеся все слагаемые в левую часть, получим уравнение 1+2 sin x-2 cos x-tg x=0. Учитывая, что cos x neq 0, слагаемое 2 sin x можно заменить на 2 tg x cos x, получим уравнение 1+2 tg x cos x-2 cos x-tg x=0, которое способом группировки можно привести к виду (1-tg x)(1-2 cos x)=0.

1) 1-tg x=0,  tg x=1, x=fracpi 4+pi n, n in mathbb Z;

2) 1-2 cos x=0,  cos x=frac12, x=pm fracpi 3+2pi n, n in mathbb Z.

б) С помощью числовой окружности отберём корни, принадлежащие промежутку left[ frac{3pi }2;, 3pi right].

x_1=fracpi 4+2pi =frac{9pi }4,

x_2=fracpi 3+2pi =frac{7pi }3,

x_3=-fracpi 3+2pi =frac{5pi }3.

а) fracpi 4+pi n, pmfracpi 3+2pi n, n in mathbb Z;

б) frac{5pi }3,  frac{7pi }3,  frac{9pi }4.

а) ОДЗ: begin{cases} tgxgeqslant 0\xneq fracpi 2+pi k,k in mathbb Z. end{cases}

Исходное уравнение на ОДЗ равносильно совокупности уравнений

left[!!begin{array}{l} 2 sin ^2 4x-3 cos 4x=0,\tg x=0. end{array}right.

Решим первое уравнение. Для этого сделаем замену cos 4x=t,  t in [-1; 1]. Тогда sin^24x=1-t^2. Получим:

2(1-t^2)-3t=0,

2t^2+3t-2=0,

t_1=frac12, t_2=-2, t_2notin [-1; 1].

cos 4x=frac12,

4x=pm fracpi 3+2pi n,

x=pm fracpi {12}+frac{pi n}2, n in mathbb Z.

Решим второе уравнение.

tg x=0,, x=pi k, k in mathbb Z.

При помощи единичной окружности найдём решения, которые удовлетворяют ОДЗ.

Знаком «+» отмечены 1-я и 3-я четверти, в которых tg x>0.

Получим: x=pi k, k in mathbb Z; x=fracpi {12}+pi n, n in mathbb Z; x=frac{5pi }{12}+pi m, m in mathbb Z.

б) Найдём корни, принадлежащие промежутку left( 0;,frac{3pi }2right].

x=fracpi {12}, x=frac{5pi }{12}; x=pi ; x=frac{13pi }{12}; x=frac{17pi }{12}.

а) pi k, k in mathbb Z; fracpi {12}+pi n, n in mathbb Z; frac{5pi }{12}+pi m, m in mathbb Z.

б) pi; fracpi {12}; frac{5pi }{12}; frac{13pi }{12}; frac{17pi }{12}.

а) Так как sin fracpi 3=cos fracpi 6, то sin ^2fracpi 3=cos ^2fracpi 6, значит, заданное уравнение равносильно уравнению cos^2x=cos ^22x, которое, в свою очередь, равносильно уравнению cos^2x-cos ^2 2x=0.

Но cos ^2x-cos ^22x= (cos x-cos 2x)cdot (cos x+cos 2x) и

cos 2x=2 cos ^2 x-1, поэтому уравнение примет вид

(cos x-(2 cos ^2 x-1)),cdot (cos x+(2 cos ^2 x-1))=0,

(2 cos ^2 x-cos x-1),cdot (2 cos ^2 x+cos x-1)=0.

Тогда либо 2 cos ^2 x-cos x-1=0, либо 2 cos ^2 x+cos x-1=0.

Решая первое уравнение как квадратное уравнение относительно cos x, получаем:

(cos x)_{1,2}=frac{1pmsqrt 9}4=frac{1pm3}4. Поэтому либо cos x=1, либо cos x=-frac12. Если cos x=1, то x=2kpi , k in mathbb Z. Если cos x=-frac12, то x=pm frac{2pi }3+2spi , s in mathbb Z.

Аналогично, решая второе уравнение, получаем либо cos x=-1, либо cos x=frac12.Если cos x=-1, то корни x=pi +2mpi , m in mathbb Z. Если cos x=frac12, то x=pm fracpi 3+2npi , n in mathbb Z.

Объединим полученные решения:

x=mpi , m in mathbb Z; x=pm fracpi 3 +spi , s in mathbb Z.

б) Выберем корни, которые попали в заданный промежуток, с помощью числовой окружности.

Получим: x_1 =frac{11pi }3,  x_2=4pi ,  x_3 =frac{13pi }3.

а) mpi, m in mathbb Z; pm fracpi 3 +spi , s in mathbb Z;

б) frac{11pi }3,  4pi ,  frac{13pi }3.

а) 1. Согласно формуле приведения, ctgleft( frac{3pi }2-xright) =tgx. Областью определения уравнения будут такие значения x, что cos x neq 0 и tg x neq -1. Преобразуем уравнение, пользуясь формулой косинуса двойного угла 2 cos ^2 frac x2=1+cos x. Получим уравнение: 5(1+cos x) =frac{11+5tgx}{1+tgx}.

Заметим, что frac{11+5tgx}{1+tgx}= frac{5(1+tgx)+6}{1+tgx}= 5+frac{6}{1+tgx}, поэтому уравнение принимает вид: 5+5 cos x=5 +frac{6}{1+tgx}. Отсюда cos x =frac{dfrac65}{1+tgx}, cos x+sin x =frac65.

2. Преобразуем sin x+cos x по формуле приведения и формуле суммы косинусов: sin x=cos left(fracpi 2-xright), cos x+sin x= cos x+cos left(fracpi 2-xright)= 2cos fracpi 4cos left(x-fracpi 4right)= sqrt 2cos left( x-fracpi 4right) = frac65.

Отсюда cos left(x-fracpi 4right) =frac{3sqrt 2}5. Значит, x-fracpi 4= arccos frac{3sqrt 2}5+2pi k, k in mathbb Z,

или x-fracpi 4= -arccos frac{3sqrt 2}5+2pi t, t in mathbb Z.

Поэтому x=fracpi 4+arccos frac{3sqrt 2}5+2pi k,k in mathbb Z,

или x =fracpi 4-arccos frac{3sqrt 2}5+2pi t,t in mathbb Z.

Найденные значения x принадлежат области определения.

б) Выясним сначала куда попадают корни уравнения при k=0 и t=0. Это будут соответственно числа a=fracpi 4+arccos frac{3sqrt 2}5 и b=fracpi 4-arccos frac{3sqrt 2}5.

1. Докажем вспомогательное неравенство:

frac{sqrt 2}{2}<frac{3sqrt 2}2<1.

Действительно, frac{sqrt 2}{2}=frac{5sqrt 2}{10}<frac{6sqrt2}{10}=frac{3sqrt2}{5}.

Заметим также, что left( frac{3sqrt 2}5right) ^2=frac{18}{25}<1^2=1, значит frac{3sqrt 2}5<1.

2. Из неравенств (1) по свойству арккосинуса получаем:

arccos 1<arccos frac{3sqrt 2}5<arccos frac{sqrt 2}2,

0<arccosfrac{3sqrt2}{5}<frac{pi}{4}.

Отсюда fracpi 4+0<fracpi 4+arccos frac{3sqrt 2}5<fracpi 4+fracpi 4,

0<fracpi 4+arccos frac{3sqrt 2}5<fracpi 2,

0<a<fracpi 2.

Аналогично, -fracpi 4<arccosfrac{3sqrt2}{5}<0,

0=fracpi 4-fracpi 4<fracpi 4-arccos frac{3sqrt 2}5< fracpi 4<fracpi 2,

0<b<fracpi 2.

При k=-1 и t=-1 получаем корни уравнения a-2pi и b-2pi.

Bigg( a-2pi =-frac74pi +arccos frac{3sqrt 2}5,, b-2pi =-frac74pi -arccos frac{3sqrt 2}5Bigg). При этом -2pi <a-2pi <-frac{3pi }2,

-2pi <b-2pi <-frac{3pi }2. Значит, эти корни принадлежат заданному промежутку left( -2pi , -frac{3pi }2right).

При остальных значениях k и t корни уравнения не принадлежат заданному промежутку.

Действительно, если kgeqslant 1 и tgeqslant 1, то корни больше 2pi. Если kleqslant -2 и tleqslant -2, то корни меньше -frac{7pi }2.

а) fracpi4pm arccosfrac{3sqrt2}5+2pi k, kinmathbb Z;

б) -frac{7pi}4pm arccosfrac{3sqrt2}5.

а) Преобразуем уравнение:

cos x =-sin 2x,

cos x+2 sin x cos x=0,

cos x(1+2 sin x)=0,

cos x=0,

x =fracpi 2+pi n, n in mathbb Z;

1+2 sin x=0,

sin x=-frac12,

x=(-1)^{k+1}cdot fracpi 6+pi k, k in mathbb Z.

б) Корни, принадлежащие отрезку [0; pi ], найдём с помощью единичной окружности.

Указанному промежутку принадлежит единственное число fracpi 2.

а) fracpi 2+pi n, n in mathbb Z; (-1)^{k+1}cdot fracpi 6+pi k, k in mathbb Z;

б) fracpi 2.

а) Найдём ОДЗ уравнения: cos 2x neq -1, cos (pi +x) neq -1; Отсюда ОДЗ: x neq frac pi 2+pi k,

k in mathbb Z, x neq 2pi n, n in mathbb Z. Заметим, что при sin x=1, x=frac pi 2+2pi k, k in mathbb Z.

Полученное множество значений x не входит в ОДЗ.

Значит, sin x neq 1.

Разделим обе части уравнения на множитель (sin x-1), отличный от нуля. Получим уравнение frac 1{1+cos 2x}=frac 1{1+cos (pi +x)}, или уравнение 1+cos 2x=1+cos (pi +x). Применяя в левой части формулу понижения степени, а в правой — формулу приведения, получим уравнение 2 cos ^2 x=1-cos x. Это уравнение с помощью замены cos x=t, где -1 leqslant t leqslant 1 сводим к квадратному: 2t^2+t-1=0, корни которого t_1=-1 и t_2=frac12. Возвращаясь к переменной x, получим cos x = frac12 или cos x=-1, откуда x=frac pi 3+2pi m, m in mathbb Z, x=-frac pi 3+2pi n, n in mathbb Z, x=pi +2pi k, k in mathbb Z.

б) Решим неравенства

1) -frac{3pi }2 leqslant frac{pi }3+2pi m leqslant -frac pi 2 ,

2) -frac{3pi }2 leqslant -frac pi 3+2pi n leqslant -frac pi {2,}

3) -frac{3pi }2 leqslant pi+2pi k leqslant -frac pi 2 , m, n, k in mathbb Z. 

Решение:

1) -frac{3pi }2 leqslant frac{pi }3+2pi m leqslant -frac pi 2 , -frac32 leqslant  frac13+2m leqslant  -frac12 -frac{11}6 leqslant  2m leqslant  -frac56 , -frac{11}{12} leqslant m leqslant -frac5{12}.

Нет целых чисел, принадлежащих промежутку left [-frac{11}{12};-frac5{12}right].

2) -frac {3pi} 2 leqslant -frac{pi }3+2pi n leqslant -frac{pi }{2}, -frac32 leqslant -frac13 +2n leqslant -frac12 , -frac76 leqslant 2n leqslant -frac1{6}, -frac7{12} leqslant n leqslant -frac1{12}.

Нет целых чисел, принадлежащих промежутку left[ -frac7{12} ; -frac1{12} right].

3) -frac{3pi }2 leqslant pi +2pi kleqslant -frac{pi }2, -frac32 leqslant 1+2kleqslant -frac12, -frac52 leqslant 2k leqslant -frac32, -frac54 leqslant k leqslant -frac34.

Этому неравенству удовлетворяет k=-1, тогда x=-pi.

а) frac pi 3+2pi m; -frac pi 3+2pi n; pi +2pi k, m, n, k in mathbb Z;

б) -pi .

а) Так как sin fracpi 6=cos fracpi 3, то sin ^2fracpi 6=cos ^2fracpi 3, значит, заданное уравнение равносильно уравнению sin ^2 x=cos ^2 2x, которое, в свою очередь, равносильно уравнению sin ^2- cos ^2 2x=0.

Но sin ^ 2x-cos ^2 2x= (sin x-cos 2x)cdot (sin x+cos 2x) и

cos 2x=1-2 sin ^2 x, поэтому уравнение примет вид

(sin x-(1-2 sin ^2 x)),cdot (sin x+(1-2 sin ^2 x))=0,

(2 sin ^2 x+sin x-1),cdot (2 sin ^2 x-sin x-1)=0.

Тогда либо 2 sin ^2 x+sin x-1=0, либо 2 sin ^2 x-sin x-1=0.

Решим первое уравнение как квадратное относительно sin x,

(sin x)_{1,2}=frac{-1 pm sqrt 9}4=frac{-1 pm 3}4. Поэтому либо sin x=-1, либо sin x=frac12. Если sin x=-1, то x=frac{3pi }2+ 2kpi , k in mathbb Z. Если sin x=frac12, то либо x=fracpi 6 +2spi , s in mathbb Z, либо x=frac{5pi }6+2tpi , t in mathbb Z.

Аналогично, решая второе уравнение, получаем либо sin x=1, либо sin x=-frac12. Тогда x =fracpi 2+2mpi , m in mathbb Z, либо x=frac{-pi }6 +2npi , n in mathbb Z, либо x=frac{-5pi }6+2ppi , p in mathbb Z.

Объединим полученные решения:

x=fracpi 2+mpi,minmathbb Z; x=pmfracpi 6+spi,s in mathbb Z.

б) Выберем корни, которые попали в заданный промежуток с помощью числовой окружности.

Получим: x_1 =frac{7pi }2, x_2 =frac{23pi }6, x_3 =frac{25pi }6.

а) fracpi 2+ mpi , m in mathbb Z; pm fracpi 6 +spi , s in mathbb Z;

б) frac{7pi }2;,,frac{23pi }6;,,frac{25pi }6.

а) После замены t=log_2(2 sin x+1) исходное уравнение примет вид t^2 -17t+16=0. Корни этого уравнения t=1, t=16. Возвращаясь к переменной x, получим:

left[!!begin{array}{l} log_2(2 sin x+1)=1,\ log_2(2 sin x+1)=16; end{array}right. left[!!begin{array}{l} 2sin x+1=2,\ 2sin x+1=2^{16}. end{array}right.

Второе уравнение совокупности не имеет корней. Решая первое уравнение, получим:

sin x =frac12, x=(-1)^nfracpi 6+pi n,n in mathbb Z.

б) Запишем решение уравнения в виде x=fracpi 6 +2pi n,n in mathbb Z или x=frac{5pi }6+2pi k,kin mathbb Z и выясним, для каких целых значений n и k справедливы неравенства fracpi 4leqslant fracpi 6+2pi nleqslant 2pi и fracpi 4leqslant frac{5pi }6+2pi kleqslant 2pi.

Получим: frac1{24}leqslant nleqslant frac{11}{12} и -frac7{24}leqslant kleqslant frac7{12}, откуда следует, что нет целых значений n, удовлетворяющих неравенству frac1{24}leqslant nleqslant frac{11}{12};,,, k=0 — единственное целое k, удовлетворяющее неравенству -frac7{24}leqslant kleqslant frac7{12}.

При k=0, x=frac{5pi }6+2picdot 0=frac{5pi }6. Итак, frac{5pi }6 — корень уравнения, принадлежащий отрезку left[ fracpi 4;,2pi right].

а) (-1)^nfracpi 6+pi n,n in mathbb Z.

б) frac{5pi }6.

а) Преобразуем исходное уравнение и разложим на множители его левую часть.

5^{3x}-3cdot 5^{2x}-25cdot 5^x+25cdot 3=0,

5^{2x}(5^x-3)-25(5^x-3)=0,

(5^x-3)(5^{2x}-25)=0.

Получаем: 5^x-3=0 или 5^{2x}-25=0.

5^x-3=0, x=log_53 или 5^{2x}=25, x=1.

б) Нам нужно выбрать те корни уравнения, которые принадлежат отрезку [log_5 4; log_5 11]. Заметим, что log_5 3<log_5 4<1<log_5 11, значит, указанному отрезку принадлежит корень x=1.

а) Так как cos frac{5pi }4= cos left( pi +fracpi 4right) = -cos fracpi 4= -frac{sqrt 2}2 и cos frac{3pi }4= cos left( pi -fracpi 4right) = -cos fracpi 4= -frac{sqrt 2}2, то уравнение примет вид: 2cos xleft( cos x-frac{sqrt 2}2right) +cos x-frac{sqrt 2}2=0.Отсюда (2cos x+1)left( cos x-frac{sqrt 2}2right) =0.

Тогда cos x=-frac12; x=pmfrac{2pi }3+2pi n или cos x=frac{sqrt 2}2;, x=pmfracpi 4+2pi n, где n in mathbb Z.

б) Корни, принадлежащие промежутку left[ pi ;,frac{5pi }2right), найдём с помощью числовой окружности: frac{4pi }3;,, frac{7pi }4;,, frac{9pi }4.

а) pmfrac{2pi }3+2pi n;,, pmfracpi 4=2pi n, n in mathbb Z.

б) frac{4pi }3;, frac{7pi }4;, frac{9pi }4.