Grįžti į temą

Trigonometrinės lygtys

Orientacinė trukmė: ~30 min

Trigonometrinės lygtys

Lygtis sinx=a\sin x = a

Lygtis sinx=a\sin x = a turi sprendinius tik kai a1|a| \leq 1.

Bendrasis sprendinys:

x=(1)narcsina+πn,nZx = (-1)^n \arcsin a + \pi n, \quad n \in \mathbb{Z}

Specialūs atvejai:

LygtisSprendinys
sinx=0\sin x = 0x=πnx = \pi n
sinx=1\sin x = 1x=π2+2πnx = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi n
sinx=1\sin x = -1x=π2+2πnx = -\dfrac{\pi}{2} + 2\pi n

Lygtis cosx=a\cos x = a

Lygtis cosx=a\cos x = a turi sprendinius tik kai a1|a| \leq 1.

Bendrasis sprendinys:

x=±arccosa+2πn,nZx = \pm\arccos a + 2\pi n, \quad n \in \mathbb{Z}

Specialūs atvejai:

LygtisSprendinys
cosx=0\cos x = 0x=π2+πnx = \dfrac{\pi}{2} + \pi n
cosx=1\cos x = 1x=2πnx = 2\pi n
cosx=1\cos x = -1x=π+2πnx = \pi + 2\pi n

Lygtis tanx=a\tan x = a

Lygtis tanx=a\tan x = a turi sprendinius visiems realiesiems aa.

Bendrasis sprendinys:

x=arctana+πn,nZx = \arctan a + \pi n, \quad n \in \mathbb{Z}

Pavyzdys 1

Išspręskite lygtį sinx=12\sin x = \dfrac{1}{2}.

Taikome bendrąją formulę:

x=(1)narcsin12+πn=(1)nπ6+πn,nZx = (-1)^n \arcsin\frac{1}{2} + \pi n = (-1)^n \cdot \frac{\pi}{6} + \pi n, \quad n \in \mathbb{Z}

Tai galima užrašyti dviem šakomis:

  • Kai n=2kn = 2k: x=π6+2πkx = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k
  • Kai n=2k+1n = 2k + 1: x=ππ6+2πk=5π6+2πkx = \pi - \dfrac{\pi}{6} + 2\pi k = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi k

Atsakymas: x=π6+2πnx = \dfrac{\pi}{6} + 2\pi n arba x=5π6+2πnx = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi n, nZn \in \mathbb{Z}

Pavyzdys 2

Išspręskite lygtį cosx=32\cos x = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}.

x=±arccos(32)+2πnx = \pm\arccos\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\right) + 2\pi n

Kadangi arccos(32)=πarccos32=ππ6=5π6\arccos\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\right) = \pi - \arccos\frac{\sqrt{3}}{2} = \pi - \frac{\pi}{6} = \frac{5\pi}{6}:

x=±5π6+2πn,nZx = \pm\frac{5\pi}{6} + 2\pi n, \quad n \in \mathbb{Z}

Atsakymas: x=5π6+2πnx = \dfrac{5\pi}{6} + 2\pi n arba x=5π6+2πnx = -\dfrac{5\pi}{6} + 2\pi n, nZn \in \mathbb{Z}

Pavyzdys 3

Išspręskite lygtį tanx=1\tan x = 1.

x=arctan1+πn=π4+πn,nZx = \arctan 1 + \pi n = \frac{\pi}{4} + \pi n, \quad n \in \mathbb{Z}

Atsakymas: x=π4+πnx = \dfrac{\pi}{4} + \pi n, nZn \in \mathbb{Z}

Pavyzdys 4

Išspręskite lygtį 2sin2xsinx1=02\sin^2 x - \sin x - 1 = 0.

Pažymime t=sinxt = \sin x:

2t2t1=02t^2 - t - 1 = 0

Sprendžiame kvadratinę lygtį:

D=1+8=9,t=1±34D = 1 + 8 = 9, \quad t = \frac{1 \pm 3}{4}

  • t1=1t_1 = 1, tada sinx=1\sin x = 1, todėl x=π2+2πnx = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi n
  • t2=12t_2 = -\dfrac{1}{2}, tada sinx=12\sin x = -\dfrac{1}{2}, todėl x=(1)n(π6)+πnx = (-1)^n\left(-\dfrac{\pi}{6}\right) + \pi n

Supaprastinus antrąjį atvejį:

x=π6+2πnarbax=π+π6+2πn=7π6+2πnx = -\frac{\pi}{6} + 2\pi n \quad \text{arba} \quad x = \pi + \frac{\pi}{6} + 2\pi n = \frac{7\pi}{6} + 2\pi n

Atsakymas: x=π2+2πnx = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi n; x=π6+2πnx = -\dfrac{\pi}{6} + 2\pi n; x=7π6+2πnx = \dfrac{7\pi}{6} + 2\pi n, nZn \in \mathbb{Z}

Pavyzdys 5

Išspręskite lygtį sin2x=cosx\sin 2x = \cos x.

Perrašome:

2sinxcosxcosx=02\sin x \cos x - \cos x = 0

cosx(2sinx1)=0\cos x(2\sin x - 1) = 0

I atvejis: cosx=0\cos x = 0, tada x=π2+πnx = \dfrac{\pi}{2} + \pi n

II atvejis: sinx=12\sin x = \dfrac{1}{2}, tada x=(1)nπ6+πnx = (-1)^n \cdot \dfrac{\pi}{6} + \pi n

Atsakymas: x=π2+πnx = \dfrac{\pi}{2} + \pi n; x=(1)nπ6+πnx = (-1)^n \cdot \dfrac{\pi}{6} + \pi n, nZn \in \mathbb{Z}

Dažniausios klaidos

  1. Pamiršta bendrasis narys: sprendinys x=π6x = \frac{\pi}{6} yra nepilnas – reikia pridėti +2πn+ 2\pi n arba +πn+ \pi n.

  2. Dalybos iš trigonometrinės funkcijos: negalima dalinti iš cosx\cos x ar sinx\sin x, nes galima prarasti sprendinius, kai ta funkcija lygi nuliui. Vietoj to reikia iškelti bendrą daugiklį.

  3. Neteisingas arccos neigiamo argumento naudojimas: arccos(a)=πarccosa\arccos(-a) = \pi - \arccos a, o ne arccosa-\arccos a.

  4. Painiojamos formulės: sinuso ir kosinuso bendrieji sprendiniai turi skirtingą struktūrą. Sinusui: (1)n(-1)^n su πn\pi n. Kosinusui: ±\pm su 2πn2\pi n.

Savarankiško darbo užduotys

  1. Išspręskite lygtį sinx=32\sin x = \dfrac{\sqrt{3}}{2}.

  2. Išspręskite lygtį cosx=12\cos x = \dfrac{1}{2}.

  3. Išspręskite lygtį tanx=3\tan x = -\sqrt{3}.

  4. Išspręskite lygtį 2cos2x1=02\cos^2 x - 1 = 0.

  5. Išspręskite lygtį sinx=22\sin x = -\dfrac{\sqrt{2}}{2} ir suraskite visus sprendinius intervale [0;  2π][0;\;2\pi].

  6. Išspręskite lygtį cos2x=0\cos 2x = 0.

  7. Išspręskite lygtį sin2xsinx=0\sin^2 x - \sin x = 0.

  8. Išspręskite lygtį 2sinxcosx=sinx2\sin x \cos x = \sin x.

  9. Išspręskite lygtį cos2xsin2x=12\cos^2 x - \sin^2 x = \dfrac{1}{2}.

  10. Raskite visus lygties tan2x=1\tan 2x = 1 sprendinius intervale (π2;  π2)\left(-\dfrac{\pi}{2};\;\dfrac{\pi}{2}\right).