Основы тригонометрии егэ. Тригонометрия в егэ по математике. Как это сделать
\(\blacktriangleright\) Рассмотрим прямоугольную систему координат и в ней окружность с единичным радиусом и центром в начале координат.
Угол в \(1^\circ\) - это такой центральный угол, который опирается на дугу, длина которой равна \(\dfrac1{360}\) длины всей окружности.
\(\blacktriangleright\)
Будем рассматривать на окружности такие углы, у которых вершина находится в центре окружности, а одна сторона всегда совпадает с положительным направлением оси \(Ox\)
(на рисунке выделено красным).
На рисунке таким образом отмечены углы \(45^\circ,\ 180^\circ,\
240^\circ\)
:
Заметим, что угол \(0^\circ\) - это угол, обе стороны которого совпадают с положительным направлением оси \(Ox\) .
Точку, в которой вторая сторона такого угла \(\alpha\)
пересекает окружность, будет называть \(P_{\alpha}\)
.
Положение точки \(P_{0}\)
будем называть начальным положением.
Таким образом, можно сказать, что мы совершаем поворот по окружности из начального положения \(P_0\) до положения \(P_{\alpha}\) на угол \(\alpha\) .
\(\blacktriangleright\) Поворот по окружности против часовой стрелки - это поворот на положительный угол. Поворот по часовой стрелке - это поворот на отрицательный угол.
Например, на рисунке отмечены углы \(-45^\circ, -90^\circ, -160^\circ\) :
\(\blacktriangleright\) Рассмотрим точку \(P_{30^\circ}\) на окружности. Для того, чтобы совершить поворот по окружности из начального положения до точки \(P_{30^\circ}\) , необходимо совершить поворот на угол \(30^\circ\) (оранжевый). Если мы совершим полный оборот (то есть на \(360^\circ\) ) и еще поворот на \(30^\circ\) , то мы снова попадем в эту точку, хотя уже был совершен поворот на угол \(390^\circ=360^\circ+30^\circ\) (голубой). Также попасть в эту точку мы можем, совершив поворот на \(-330^\circ\) (зеленый), на \(750^\circ=360^\circ+360^\circ+30^\circ\) и т.д.
Таким образом, каждой точке на окружности соответствует бесконечное множество углов, причем отличаются эти углы друг от друга на целое число полных оборотов (\(n\cdot360^\circ, n\in\mathbb{Z}\)
).
Например, угол \(30^\circ\)
на \(360^\circ\)
больше, чем угол \(-330^\circ\)
, и на \(2\cdot 360^\circ\)
меньше, чем угол \(750^\circ\)
.
Все углы, находящиеся в точке \(P_{30^\circ}\)
можно записать в виде: \(\alpha=30^\circ+n\cdot 360^\circ, \ n\in\mathbb{Z}\)
.
\(\blacktriangleright\)
Угол в \(1\)
радиан
- это такой центральный угол, который опирается на дугу, длина которой равна радиусу окружности:
Т.к. длина всей окружности радиусом \(R\) равна \(2\pi R\) , а в градусной мере - \(360^\circ\) , то имеем \(360^\circ=2\pi \cdot 1\textbf{ рад}\) , откуда \ Это основная формула, с помощью которой можно переводить градусы в радианы и наоборот.
Пример 1. Найти радианную меру угла \(60^\circ\) .
Т.к. \(180^\circ = \pi \Rightarrow 1^\circ = \dfrac{\pi}{180} \Rightarrow 60^\circ=\dfrac{\pi}3\)
Пример 2. Найти градусную меру угла \(\dfrac34 \pi\) .
Т.к. \(\pi=180^\circ \Rightarrow \dfrac34 \pi=\dfrac34 \cdot 180^\circ=135^\circ\) .
Обычно пишут, например, не \(\dfrac{\pi}4 \text{ рад}\) , а просто \(\dfrac{\pi}4\) (т.е. единицу измерения “рад” опускают). Обратим внимание, что обозначение градуса при записи угла не опускают . Таким образом, под записью “угол равен \(1\) ” понимают, что “угол равен \(1\) радиану”, а не “угол равен \(1\) градусу”.
Т.к. \(\pi \thickapprox 3,14 \Rightarrow 180^\circ \thickapprox 3,14
\textbf{ рад} \Rightarrow 1 \textbf{ рад} \thickapprox 57^\circ\)
.
Такую приблизительную подстановку делать в задачах нельзя, но знание того, чему приближенно равен \(1\)
радиан в градусах часто помогает при решении некоторых задач. Например, таким образом проще найти на окружности угол в \(5\)
радиан: он примерно равен \(285^\circ\)
.
\(\blacktriangleright\)
Из курса планиметрии (геометрии на плоскости) мы знаем, что для углов \(0<\alpha< 90^\circ\)
определены синус, косинус, тангенс и котангенс следующим образом:
если дан прямоугольный треугольник со сторонами \(a, b, c\)
и углом \(\alpha\)
, то:
Т.к. на единичной окружности определены любые углы \(\alpha\in(-\infty;+\infty)\)
, то нужно определить синус, косинус, тангенс и котангенс для любого угла.
Рассмотрим единичную окружность и на ней угол \(\alpha\)
и соответствующую ему точку \(P_{\alpha}\)
:
Опустим перпендикуляр \(P_{\alpha}K\)
из точки \(P_{\alpha}\)
на ось \(Ox\)
. Мы получим прямоугольный треугольник \(\triangle OP_{\alpha}K\)
, из которого имеем: \[\sin\alpha=\dfrac{P_{\alpha}K}{P_{\alpha}O} \qquad \cos \alpha=\dfrac{OK}{P_{\alpha}O}\]
Заметим, что отрезок \(OK\)
есть не что иное, как абсцисса \(x_{\alpha}\)
точки \(P_{\alpha}\)
, а отрезок \(P_{\alpha}K\)
- ордината \(y_{\alpha}\)
. Заметим также, что т.к. мы брали единичную окружность, то \(P_{\alpha}O=1\)
- ее радиус.
Таким образом, \[\sin\alpha=y_{\alpha}, \qquad \cos \alpha=x_{\alpha}\]
Таким образом, если точка \(P_{\alpha}\) имела координаты \((x_{\alpha}\,;y_{\alpha})\) , то через соответствующий ей угол ее координаты можно переписать как \((\cos\alpha\,;\sin\alpha)\) .
Определение: 1. Синусом угла \(\alpha\) называется ордината точки \(P_{\alpha}\) , соответствующей этому углу, на единичной окружности.
2. Косинусом угла \(\alpha\) называется абсцисса точки \(P_{\alpha}\) , соответствующей этому углу, на единичной окружности.
Поэтому ось \(Oy\) называют осью синусов, ось \(Ox\) - осью косинусов.
\(\blacktriangleright\)
Окружность можно разбить на \(4\)
четверти, как показано на рисунке.
Т.к. в \(I\)
четверти и абсциссы, и ординаты всех точек положительны, то косинусы и синусы всех углов из этой четверти также положительны.
Т.к. во \(II\)
четверти ординаты всех точек положительны, а абсциссы - отрицательны, то косинусы всех углов из этой четверти - отрицательны, синусы - положительны.
Аналогично можно определить знак синуса и косинуса для оставшихся четвертей.
Пример 3. Так как, например, точки \(P_{\frac{\pi}{6}}\) и \(P_{-\frac{11\pi}6}\) совпадают, то их координаты равны, т.е. \(\sin\dfrac{\pi}6=\sin \left(-\dfrac{11\pi}6\right),\ \cos \dfrac{\pi}6=\cos \left(-\dfrac{11\pi}6\right)\) .
Пример 4. Рассмотрим точки \(P_{\alpha}\) и \(P_{\pi-\alpha}\) . Пусть для удобства \(0<\alpha<\dfrac{\pi}2\) .
Проведем перпендикуляры на ось \(Ox\)
: \(OK\)
и \(OK_1\)
. Треугольники \(OKP_{\alpha}\)
и \(OK_1P_{\pi-\alpha}\)
равны по гипотенузе и углу (\(\angle P_{\alpha}OK=\angle P_{\pi-\alpha}OK_1=\alpha\)
).
Следовательно, \(OK=OK_1, KP_{\alpha}=K_1P_{\pi-\alpha}\)
.
Т.к. координаты точки \(P_{\alpha}=(OK;KP_{\alpha})=(\cos\alpha\,;\sin\alpha)\)
, а точки \(P_{\pi-\alpha}=(-OK_1;K_1P_{\pi-\alpha})=(\cos(\pi-\alpha)\,;\sin(\pi-\alpha))\)
, следовательно, \[\cos(\pi-\alpha)=-\cos\alpha, \qquad \sin(\pi-\alpha)=\sin\alpha\]
Таким образом доказываются и другие формулы, называемые формулами приведения : \[{\large{\begin{array}{l|r} \hline \sin(\pi-\alpha)=\sin\alpha & \cos(\pi-\alpha)=-\cos\alpha\\ \sin(\pi+\alpha)=-\sin\alpha & \cos(\pi+\alpha)=-\cos\alpha\\ \sin(2\pi\pm\alpha)=\pm\sin\alpha & \cos (2\pi\pm\alpha)=\cos\alpha\\ \sin \left(\dfrac{\pi}2\pm\alpha\right)=\cos\alpha & \cos\left(\dfrac{\pi}2\pm\alpha\right)=\pm\sin\alpha\\ \hline \end{array}}}\]
С помощью этих формул можно найти синус или косинус любого угла, сведя это значение к синусу или косинусу угла из \(I\) четверти.
Таблица синусов, косинусов, тангенсов и котангенсов углов из первой четверти:
\[{\large{\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|}
\hline &&&&&\\[-17pt]
& \quad 0 \quad (0^ \circ)& \quad \dfrac{\pi}6 \quad (30^\circ)
& \quad \dfrac{\pi}4
\quad (45^\circ) & \quad \dfrac{\pi}3 \quad (60^\circ)& \quad \dfrac{\pi}2 \quad
(90^\circ) \\
&&&&&\\[-17pt]
\hline \sin & 0 &\frac12&\frac{\sqrt2}2&\frac{\sqrt3}2&1\\
\hline \cos &1&\frac{\sqrt3}2&\frac{\sqrt2}2&\frac12&0\\
\hline \mathrm{tg} &0 &\frac{\sqrt3}3&1&\sqrt3&\infty\\
\hline \mathrm{ctg} &\infty &\sqrt3&1&\frac{\sqrt3}3&0\\
\hline
\end{array}}}\]
Заметим, что данные значения были выведены в разделе “Геометрия на плоскости (планиметрия). Часть II” в теме “Начальные сведения о синусе, косинусе, тангенсе и котангенсе”.
Пример 5. Найдите \(\sin{\dfrac{3\pi}4}\) .
Преобразуем угол: \(\dfrac{3\pi}4=\dfrac{4\pi-\pi}{4}=\pi-\dfrac{\pi}4\)
Таким образом, \(\sin{\dfrac{3\pi}4}=\sin\left(\pi-\dfrac{\pi}4\right)=\sin\dfrac{\pi}4=\dfrac{\sqrt2}2\) .
\(\blacktriangleright\) Для упрощения запоминания и использования формул приведения можно следовать следующему правилу.
Случай 1. \(n\cdot \pi\pm \alpha\) \[\sin(n\cdot \pi\pm \alpha)=\bigodot \sin\alpha\] \[\cos(n\cdot \pi\pm \alpha)=\bigodot \cos\alpha\]
Знак угла можно найти, определив, в какой четверти он находится. Пользуясь таким правилом, предполагаем, что угол \(\alpha\) находится в \(I\) четверти.
Случай 2. Если угол можно представить в виде , где \(n\in\mathbb{N}\) , то \[\sin(n\cdot \pi+\dfrac{\pi}2\pm \alpha)=\bigodot \cos\alpha\] где на месте \(\bigodot\) стоит знак синуса угла \(n\cdot \pi\pm \alpha\) . \[\cos(n\cdot \pi+\dfrac{\pi}2\pm \alpha)=\bigodot \sin\alpha\] где на месте \(\bigodot\) стоит знак косинуса угла \(n\cdot \pi\pm \alpha\) .
Знак определяется таким же образом, как и в случае \(1\) .
Заметим, что в первом случае функция остается неизменной, а во втором случае - меняется (говорят, что функция меняется на кофункцию).
Пример 6. Найти \(\sin \dfrac{13\pi}{3}\) .
Преобразуем угол: \(\dfrac{13\pi}{3}=\dfrac{12\pi+\pi}{3}=4\pi+\dfrac{\pi}3\) , следовательно, \(\sin \dfrac{13\pi}{3}=\sin \left(4\pi+\dfrac{\pi}3\right)=\sin\dfrac{\pi}3=\dfrac{\sqrt3}2\)
Пример 7. Найти \(\cos \dfrac{17\pi}{6}\) .
Преобразуем угол: \(\dfrac{17\pi}{6}=\dfrac{18\pi-\pi}{6}=3\pi-\dfrac{\pi}6\)
, следовательно, \(\cos \dfrac{17\pi}{6}=\cos
\left(3\pi-\dfrac{\pi}6\right)=-\cos\dfrac{\pi}6=-\dfrac{\sqrt3}2\)
\(\blacktriangleright\)
Область значений синуса и косинуса
.
Т.к. координаты \(x_{\alpha}\)
и \(y_{\alpha}\)
любой точки \(P_{\alpha}\)
на единичной окружности находятся в пределах от \(-1\)
до \(1\)
, а \(\cos\alpha\)
и \(\sin\alpha\)
- абсцисса и ордината соответственно этой точки, то \[{\large{-1\leq \cos\alpha\leq 1 ,\qquad -1\leq\sin\alpha\leq 1}}\]
Из прямоугольного треугольника по теореме Пифагора имеем: \(x^2_{\alpha}+y^2_{\alpha}=1^2\)
Т.к. \(x_{\alpha}=\cos\alpha,\ y_{\alpha}=\sin\alpha \Rightarrow\)
\[{\large{\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1}} - \textbf{основное тригонометрическое тождество (ОТТ)}\]
\(\blacktriangleright\) Тангенс и котангенс .
Т.к. \(\mathrm{tg}\,\alpha=\dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}, \cos\alpha\ne 0\)
\(\mathrm{ctg}\,\alpha=\dfrac{\cos\alpha}{\sin\alpha}, \sin\alpha\ne 0\) , то:
1) \({\large{\mathrm{tg}\,\alpha\cdot \mathrm{ctg}\,\alpha=1, \cos\alpha\ne 0, \sin\alpha \ne 0}}\)
2) тангенс и котангенс положительны в \(I\) и \(III\) четвертях и отрицательны в \(II\) и \(IV\) четвертях.
3) область значений тангенса и котангенса - все вещественные числа, т.е. \(\mathrm{tg}\,\alpha\in\mathbb{R}, \ \mathrm{ctg}\,\alpha\in\mathbb{R}\)
4) для тангенса и котангенса также определены формулы приведения.
Случай 1. \[\mathrm{tg}\,(n\cdot \pi\pm \alpha)=\bigodot \mathrm{tg}\,\alpha\] где на месте \(\bigodot\) стоит знак тангенса угла \(n\cdot \pi\pm \alpha\) (\(\cos\alpha\ne 0\) ). \[\mathrm{ctg}\,(n\cdot \pi\pm \alpha)=\bigodot \mathrm{ctg}\,\alpha\] где на месте \(\bigodot\) стоит знак котангенса угла \(n\cdot \pi\pm \alpha\) (\(\sin\alpha\ne 0\) ).
Случай 2. Если угол можно представить в виде \(n\cdot \pi+\dfrac{\pi}2\pm\alpha\) , где \(n\in\mathbb{N}\) , то \[\mathrm{tg}\,(n\cdot \pi+\dfrac{\pi}2\pm \alpha)=\bigodot \mathrm{ctg}\,\alpha\] где на месте \(\bigodot\) стоит знак тангенса угла \(n\cdot \pi\pm \alpha\) (\(\sin\alpha\ne 0\) ). \[\mathrm{ctg}\,(n\cdot \pi+\dfrac{\pi}2\pm \alpha)=\bigodot \mathrm{tg}\,\alpha\] где на месте \(\bigodot\) стоит знак котангенса угла \(n\cdot \pi\pm \alpha\) (\(\cos\alpha\ne 0\) ).
5) ось тангенсов проходит через точку \((1;0)\)
параллельно оси синусов, причем положительное направление оси тангенсов совпадает с положительным направлением оси синусов;
ось котангенсов - через точку \((0;1)\)
параллельно оси косинусов, причем положительное направление оси котангенсов совпадает с положительным направлением оси косинусов.
Доказательство этого факта приведем на примере оси тангенсов.
\(\triangle OP_{\alpha}K \sim \triangle AOB \Rightarrow \dfrac{P_{\alpha}K}{OK}=\dfrac{BA}{OB} \Rightarrow \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}=\dfrac{BA}1 \Rightarrow BA=\mathrm{tg}\,\alpha\) .
Таким образом, если точку \(P_{\alpha}\)
соединить прямой с центром окружности, то эта прямая пересечет линию тангенсов в точке, значение которой равно \(\mathrm{tg}\,\alpha\)
.
6) из основного тригонометрического тождества вытекают следующие формулы: \
Первую формулу получают делением правой и левой частей ОТТ на \(\cos^2\alpha\)
, вторую - делением на \(\sin^2\alpha\)
.
Обращаем внимание, что тангенс не определен в углах, где косинус равен нулю (это \(\alpha=\dfrac{\pi}2+\pi n, n\in\mathbb{Z}\)
);
котангенс не определен в углах, где синус равен нулю (это \(\alpha=\pi+\pi n, n\in\mathbb{Z}\)
).
\(\blacktriangleright\) Четность косинуса и нечетность синуса, тангенса, котангенса .
Напомним, что функция \(f(x)\) называется четной, если \(f(-x)=f(x)\) .
Функция называется нечетной, если \(f(-x)=-f(x)\) .
По окружности видно, что косинус угла \(\alpha\)
равен косинусу угла \(-\alpha\)
при любых значениях \(\alpha\)
:
Таким образом, косинус - четная функция, значит, верна формула \[{\Large{\cos(-x)=\cos x}}\]
По окружности видно, что синус угла \(\alpha\)
противоположен синусу угла \(-\alpha\)
при любых значениях \(\alpha\)
:
Таким образом, синус - нечетная функция, значит, верна формула \[{\Large{\sin(-x)=-\sin x}}\]
Тангенс и котангенс также нечетные функции: \[{\Large{\mathrm{tg}\,(-x)=-\mathrm{tg}\,x}}\] \[{\Large{\mathrm{ctg}\,(-x)=-\mathrm{ctg}\,x}}\]
Т.к. \(\mathrm{tg}\,(-x)=\dfrac{\sin (-x)}{\cos(-x)}=\dfrac{-\sin x}{\cos x}=-\mathrm{tg}\,x \qquad \mathrm{ctg}\,(-x)=\dfrac{\cos(-x)}{\sin(-x)}=-\mathrm{ctg}\,x\) )
Как показывает практика, один из сложнейших разделов математики, который встречается школьникам в ЕГЭ, - тригонометрия. С наукой о соотношениях сторон в треугольниках начинают знакомиться в 8 классе. Уравнения данного типа содержат переменную под знаком тригонометрических функций. Несмотря на то, что простейшие из них: \(sin x = a\) , \(cos x = a\) , \(tg x = a\) , \(ctg x = a\) - знакомы практически каждому школьнику, их выполнение зачастую вызывает сложности.
В ЕГЭ по математике профильного уровня правильно решенное задание по тригонометрии оценивается очень высоко. Школьник может получить до 4 первичных баллов за верно выполненную задачу из данного раздела. Для этого искать к ЕГЭ шпаргалки по тригонометрии практически бессмысленно. Наиболее разумное решение - хорошо подготовиться к экзамену.
Как это сделать?
Для того чтобы тригонометрия в ЕГЭ по математике вас не пугала, воспользуйтесь при подготовке нашим порталом. Это удобно, просто и эффективно. В данном разделе нашего образовательного портала, открытом для учащихся как Москвы, так и других городов, представлены доступно изложенный теоретический материал и формулы по тригонометрии для ЕГЭ. Также ко всем математическим определениям мы подобрали примеры с подробным описанием хода их решения.
После изучения теории по разделу «Тригонометрия» при подготовке к ЕГЭ рекомендуем перейти в «Каталоги», для того чтобы полученные знания лучше усвоились. Здесь вы сможете выбрать задачи по интересующей теме и просмотреть их решения. Таким образом, повторение теории по тригонометрии в ЕГЭ будет максимально эффективным.
Что нужно знать?
Прежде всего необходимо выучить значения \(sin\) , \(cos\) , \(tg\) , \(ctg\) острых углов от \(0°\) до \(90°\) . Также при подготовке к ЕГЭ в Москве стоит запомнить основные методы решения заданий по тригонометрии. Следует учесть, что, выполняя задачи, вы должны привести уравнение к простейшему виду. Сделать это можно следующим образом:
- разложив уравнение на множители;
- заменив переменную (сведение к алгебраическим уравнениям);
- приведя к однородному уравнению;
- перейдя к половинному углу;
- преобразовав произведения в сумму;
- введя вспомогательный угол;
- использовав способ универсальной подстановки.
При этом чаще всего учащемуся приходится в ходе решения использовать несколько из перечисленных методов.
а) Решите уравнение 2(\sin x-\cos x)=tgx-1.
б) \left[ \frac{3\pi }2;\,3\pi \right].
Показать решениеРешение
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=\frac\pi 4+\pi n, n \in \mathbb Z;
2) 1-2 \cos x=0, \cos x=\frac12, x=\pm \frac\pi 3+2\pi n, n \in \mathbb Z.
б) С помощью числовой окружности отберём корни, принадлежащие промежутку \left[ \frac{3\pi }2;\, 3\pi \right].
x_1=\frac\pi 4+2\pi =\frac{9\pi }4,
x_2=\frac\pi 3+2\pi =\frac{7\pi }3,
x_3=-\frac\pi 3+2\pi =\frac{5\pi }3.
Ответ
а) \frac\pi 4+\pi n, \pm\frac\pi 3+2\pi n, n \in \mathbb Z;
б) \frac{5\pi }3, \frac{7\pi }3, \frac{9\pi }4.
Условие
а) Решите уравнение (2\sin ^24x-3\cos 4x)\cdot \sqrt {tgx}=0.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие промежутку \left(0;\,\frac{3\pi }2\right] ;
Показать решениеРешение
а) ОДЗ: \begin{cases} tgx\geqslant 0\\x\neq \frac\pi 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_2\notin [-1; 1].
\cos 4x=\frac12,
4x=\pm \frac\pi 3+2\pi n,
x=\pm \frac\pi {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=\frac\pi {12}+\pi n, n \in \mathbb Z; x=\frac{5\pi }{12}+\pi m, m \in \mathbb Z.
б) Найдём корни, принадлежащие промежутку \left(0;\,\frac{3\pi }2\right].
x=\frac\pi {12}, x=\frac{5\pi }{12}; x=\pi ; x=\frac{13\pi }{12}; x=\frac{17\pi }{12}.
Ответ
а) \pi k, k \in \mathbb Z; \frac\pi {12}+\pi n, n \in \mathbb Z; \frac{5\pi }{12}+\pi m, m \in \mathbb Z.
б) \pi; \frac\pi {12}; \frac{5\pi }{12}; \frac{13\pi }{12}; \frac{17\pi }{12}.
Источник: «Математика. Подготовка к ЕГЭ-2017. Профильный уровень». Под ред. Ф. Ф. Лысенко, С. Ю. Кулабухова.
Условие
а) Решите уравнение: \cos ^2x+\cos ^2\frac\pi 6=\cos ^22x+\sin ^2\frac\pi 3;
б) Укажите все корни, принадлежащие промежутку \left(\frac{7\pi }2;\,\frac{9\pi }2\right].
Показать решениеРешение
а) Так как \sin \frac\pi 3=\cos \frac\pi 6, то \sin ^2\frac\pi 3=\cos ^2\frac\pi 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{1\pm\sqrt 9}4=\frac{1\pm3}4. Поэтому либо \cos x=1, либо \cos x=-\frac12. Если \cos x=1, то x=2k\pi , k \in \mathbb Z. Если \cos x=-\frac12, то x=\pm \frac{2\pi }3+2s\pi , 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 +2m\pi , m \in \mathbb Z. Если \cos x=\frac12, то x=\pm \frac\pi 3+2n\pi , n \in \mathbb Z.
Объединим полученные решения:
x=m\pi , m \in \mathbb Z; x=\pm \frac\pi 3 +s\pi , s \in \mathbb Z.
б) Выберем корни, которые попали в заданный промежуток, с помощью числовой окружности.
Получим: x_1 =\frac{11\pi }3, x_2=4\pi , x_3 =\frac{13\pi }3.
Ответ
а) m\pi, m \in \mathbb Z; \pm \frac\pi 3 +s\pi , s \in \mathbb Z;
б) \frac{11\pi }3, 4\pi , \frac{13\pi }3.
Источник: «Математика. Подготовка к ЕГЭ-2017. Профильный уровень». Под ред. Ф. Ф. Лысенко, С. Ю. Кулабухова.
Условие
а) Решите уравнение 10\cos ^2\frac x2=\frac{11+5ctg\left(\dfrac{3\pi }2-x\right) }{1+tgx}.
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие интервалу \left(-2\pi ; -\frac{3\pi }2\right).
Показать решениеРешение
а) 1. Согласно формуле приведения, ctg\left(\frac{3\pi }2-x\right) =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(\frac\pi 2-x\right), \cos x+\sin x= \cos x+\cos \left(\frac\pi 2-x\right)= 2\cos \frac\pi 4\cos \left(x-\frac\pi 4\right)= \sqrt 2\cos \left(x-\frac\pi 4\right) = \frac65.
Отсюда \cos \left(x-\frac\pi 4\right) =\frac{3\sqrt 2}5. Значит, x-\frac\pi 4= arc\cos \frac{3\sqrt 2}5+2\pi k, k \in \mathbb Z,
или x-\frac\pi 4= -arc\cos \frac{3\sqrt 2}5+2\pi t, t \in \mathbb Z.
Поэтому x=\frac\pi 4+arc\cos \frac{3\sqrt 2}5+2\pi k,k \in \mathbb Z,
или x =\frac\pi 4-arc\cos \frac{3\sqrt 2}5+2\pi 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=\frac\pi 4+arccos \frac{3\sqrt 2}5 и b=\frac\pi 4-arccos \frac{3\sqrt 2}5.
1. Докажем вспомогательное неравенство:
\frac{\sqrt 2}{2}<\frac{3\sqrt 2}2<1.
Действительно, \frac{\sqrt 2}{2}=\frac{5\sqrt 2}{10}<\frac{6\sqrt2}{10}=\frac{3\sqrt2}{5}.
Заметим также, что \left(\frac{3\sqrt 2}5\right) ^2=\frac{18}{25}<1^2=1, значит \frac{3\sqrt 2}5<1.
2. Из неравенств (1) по свойству арккосинуса получаем: