Trigonometrinės lygtys

Mokymosi tikslai

Baigę šią pamoką gebėsite:

paaiškinti temą „Trigonometrinės lygtys“ vartojant taisyklingas matematines sąvokas;
pasirinkti tinkamą formulę ar sprendimo metodą ir pagrįsti jo sąlygas;
išspręsti uždavinį nuosekliai, patikrinti rezultatą ir interpretuoti jį kontekste;

Prisimink

Matematinis sprendimas yra ne vien galutinis skaičius. Pirmiausia įvardykite duomenis ir ieškomą dydį, patikrinkite apibrėžimo sąlygas, pasirinkite metodą, o pabaigoje įstatykite atsakymą į pradinę sąlygą. Jei uždavinys turi matavimo vienetus ar prasminį intervalą, jie yra sprendimo dalis.

Sąvokos

Matematinis modelis – formulė, lygtis, grafikas ar kita struktūra, kuria aprašoma nagrinėjama situacija.
Apibrėžimo sąlyga – apribojimas, nusakantis, kurioms kintamojo reikšmėms reiškinys ir atlikti veiksmai turi prasmę.
Ekvivalentus pertvarkymas – veiksmas, nepakeičiantis sprendinių aibės; jei veiksmas gali pridėti ar pašalinti sprendinių, būtina atskira patikra.
Interpretacija – matematinio rezultato paaiškinimas pradinio uždavinio kalba, išlaikant vienetus ir tikslumą.

Teorija

Trigonometrinė lygtis dažniausiai turi be galo daug sprendinių dėl periodiškumo. Pirmiausia randami sprendiniai viename periode, tada pridedamas sveikasis periodų skaičius. Jei sprendinių prašoma intervale, bendrieji sprendiniai atrenkami pagal jo ribas.

Lygtis $\sin x=a$ turi sprendinių tik kai $|a|\le1$ ; kosinuso lygtis turi tokią pačią reikšmių sąlygą. Tangento reikšmė gali būti bet koks realusis skaičius, o sprendiniai kartojasi kas $\pi$ .

Sudėtingesnė lygtis pertvarkoma į sandaugą, naudojamos tapatybės arba atliekamas keitimas. Dalyba iš trigonometrinio reiškinio gali prarasti tuos sprendinius, kuriems daliklis lygus nuliui, todėl saugiau perkelti viską į vieną pusę ir išskaidyti.

Sprendimo kokybę verta įvertinti dviem nepriklausomais būdais. Algebrinį rezultatą galima patikrinti įstatant jį į pradinę sąlygą, o grafinį ar skaitinį – palyginant su keliomis kontrolinėmis reikšmėmis. Toks patikrinimas padeda pastebėti neteisingą ženklą, pamestą sprendinį, netinkamą intervalo galą ar per anksti suapvalintą reikšmę. Jei skirtingi būdai nesutampa, galutinis atsakymas dar nėra pagrįstas.

Tą patį matematinį ryšį dažnai galima pateikti formule, lentele, grafiku ir žodiniu paaiškinimu. Perėjimas tarp šių vaizdavimo būdų padeda suprasti, ką reiškia parametrai ir kaip kinta rezultatas. Braižant eskizą pažymimi atraminiai taškai, ribos, ženklai ir ypatingos reikšmės; sudarant lentelę pasirenkamos reikšmės abipus svarbių taškų. Sprendime verta trumpai parašyti ne tik ką skaičiuojame, bet ir kodėl pasirinktas veiksmas yra leistinas. Taip atsakymas tampa atkuriamas ir patikrinamas net be skaičiuotuvo.

Pagrindinės formulės

\sin x=a:\ x=\arcsin a+2\pi k\text{ arba }x=\pi-\arcsin a+2\pi k

\cos x=a:\ x=\pm\arccos a+2\pi k

\tan x=a:\ x=\arctan a+\pi k

k\in\mathbb Z

Formulėje esantys simboliai turi būti siejami su konkrečiais uždavinio dydžiais. Prieš skaičiuodami patikrinkite, ar visi dydžiai išreikšti suderintais vienetais ir ar tenkinamos formulės taikymo sąlygos.

Nuosekliai išspręstas pavyzdys

Uždavinys. Išspręskite $2\sin x-1=0$ intervale $[0;2\pi)$ .

Izoliuojame sinusą: $\sin x=1/2$ .
Atraminis kampas $\pi/6$ .
Sinusas teigiamas I ir II ketvirčiuose.
Intervale gauname $x=\pi/6$ ir $x=5\pi/6$ .

Atsakymas. $x\in\{\pi/6;5\pi/6\}$ .

Sprendimo patikrai grįžkite į pradinę sąlygą: įvertinkite ženklą, dydžio eilę, vienetus ir tai, ar atsakymas priklauso leistinai sričiai. Apytikslę reikšmę apvalinkite tik paskutiniame žingsnyje, jei sąlyga nenurodo kitaip.

Dažnos klaidos

Pateikti tik vieną sprendinį, nors sinuso ir kosinuso lygtis periode paprastai turi du.
Bendrajame sprendinyje pamiršti $k\in\mathbb Z$ .
Intervalo dešinįjį galą įtraukti, kai jis pažymėtas apvaliu skliaustu.

Savarankiška praktika

Spręskite užrašydami tarpinius veiksmus. Atsakymus atsiverskite tik užbaigę pasirinktą užduotį.

Išspręskite $\sin x=0$ .
Išspręskite $\cos x=1$ .
Išspręskite $\tan x=1$ .
Raskite $\cos x=-1/2$ sprendinius $[0;2\pi)$ .
Ar $\sin x=1{,}2$ turi realiųjų sprendinių?
Išspręskite $\sin2x=0$ .
Išspręskite $\sin x\cos x=0$ .
Kiek sprendinių turi $\tan x=0$ intervale $[0;2\pi)$ ?

Atsakymai savitikrai

$x=\pi k$ , $k\in\mathbb Z$ .
$x=2\pi k$ .
$x=\pi/4+\pi k$ .
$2\pi/3$ ir $4\pi/3$ .
Ne.
$x=\pi k/2$ .
$x=\pi k/2$ .
Du: 0 ir $\pi$ .

Santrauka

Šioje pamokoje išnagrinėjote temą Trigonometrinės lygtys. Patikimas darbo algoritmas yra toks: nustatyti sąlygas, pasirinkti modelį, atlikti veiksmus be ankstyvo apvalinimo, patikrinti sprendinį ir tik tada pateikti kontekstinį atsakymą. Jei atsakymas nesuderinamas su pradine sąlyga, reikia taisyti ne galutinį skaičių, o rasti pirmą nepagrįstą sprendimo žingsnį.