解答
cot(θ)+2csc(θ)=4,0∘≤θ≤360∘
解答
θ=0.75142…,θ=2.88012…
求解步骤
cot(θ)+2csc(θ)=4,0∘≤θ≤360∘
两边减去 4cot(θ)+2csc(θ)−4=0
用 sin, cos 表示sin(θ)cos(θ)+2⋅sin(θ)1−4=0
化简 sin(θ)cos(θ)+2⋅sin(θ)1−4:sin(θ)cos(θ)+2−4sin(θ)
sin(θ)cos(θ)+2⋅sin(θ)1−4
2⋅sin(θ)1=sin(θ)2
2⋅sin(θ)1
分式相乘: a⋅cb=ca⋅b=sin(θ)1⋅2
数字相乘:1⋅2=2=sin(θ)2
=sin(θ)cos(θ)+sin(θ)2−4
合并分式 sin(θ)cos(θ)+sin(θ)2:sin(θ)cos(θ)+2
使用法则 ca±cb=ca±b=sin(θ)cos(θ)+2
=sin(θ)cos(θ)+2−4
将项转换为分式: 4=sin(θ)4sin(θ)=sin(θ)cos(θ)+2−sin(θ)4sin(θ)
因为分母相等,所以合并分式: ca±cb=ca±b=sin(θ)cos(θ)+2−4sin(θ)
sin(θ)cos(θ)+2−4sin(θ)=0
g(x)f(x)=0⇒f(x)=0cos(θ)+2−4sin(θ)=0
两边加上 4sin(θ)cos(θ)+2=4sin(θ)
两边进行平方(cos(θ)+2)2=(4sin(θ))2
两边减去 (4sin(θ))2(cos(θ)+2)2−16sin2(θ)=0
使用三角恒等式改写
(2+cos(θ))2−16sin2(θ)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=(2+cos(θ))2−16(1−cos2(θ))
化简 (2+cos(θ))2−16(1−cos2(θ)):17cos2(θ)+4cos(θ)−12
(2+cos(θ))2−16(1−cos2(θ))
(2+cos(θ))2:4+4cos(θ)+cos2(θ)
使用完全平方公式: (a+b)2=a2+2ab+b2a=2,b=cos(θ)
=22+2⋅2cos(θ)+cos2(θ)
化简 22+2⋅2cos(θ)+cos2(θ):4+4cos(θ)+cos2(θ)
22+2⋅2cos(θ)+cos2(θ)
22=4=4+2⋅2cos(θ)+cos2(θ)
数字相乘:2⋅2=4=4+4cos(θ)+cos2(θ)
=4+4cos(θ)+cos2(θ)
=4+4cos(θ)+cos2(θ)−16(1−cos2(θ))
乘开 −16(1−cos2(θ)):−16+16cos2(θ)
−16(1−cos2(θ))
使用分配律: a(b−c)=ab−aca=−16,b=1,c=cos2(θ)=−16⋅1−(−16)cos2(θ)
使用加减运算法则−(−a)=a=−16⋅1+16cos2(θ)
数字相乘:16⋅1=16=−16+16cos2(θ)
=4+4cos(θ)+cos2(θ)−16+16cos2(θ)
化简 4+4cos(θ)+cos2(θ)−16+16cos2(θ):17cos2(θ)+4cos(θ)−12
4+4cos(θ)+cos2(θ)−16+16cos2(θ)
对同类项分组=4cos(θ)+cos2(θ)+16cos2(θ)+4−16
同类项相加:cos2(θ)+16cos2(θ)=17cos2(θ)=4cos(θ)+17cos2(θ)+4−16
数字相加/相减:4−16=−12=17cos2(θ)+4cos(θ)−12
=17cos2(θ)+4cos(θ)−12
=17cos2(θ)+4cos(θ)−12
−12+17cos2(θ)+4cos(θ)=0
用替代法求解
−12+17cos2(θ)+4cos(θ)=0
令:cos(θ)=u−12+17u2+4u=0
−12+17u2+4u=0:u=172(213−1),u=−172(1+213)
−12+17u2+4u=0
改写成标准形式 ax2+bx+c=017u2+4u−12=0
使用求根公式求解
17u2+4u−12=0
二次方程求根公式:
若 a=17,b=4,c=−12u1,2=2⋅17−4±42−4⋅17(−12)
u1,2=2⋅17−4±42−4⋅17(−12)
42−4⋅17(−12)=813
42−4⋅17(−12)
使用法则 −(−a)=a=42+4⋅17⋅12
数字相乘:4⋅17⋅12=816=42+816
42=16=16+816
数字相加:16+816=832=832
832质因数分解:26⋅13
832
832除以 2832=416⋅2=2⋅416
416除以 2416=208⋅2=2⋅2⋅208
208除以 2208=104⋅2=2⋅2⋅2⋅104
104除以 2104=52⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅52
52除以 252=26⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅26
26除以 226=13⋅2=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅13
2,13 都是质数,因此无法进一步因数分解=2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅2⋅13
=26⋅13
=26⋅13
使用根式运算法则: nab=nanb=1326
使用根式运算法则: nam=anm26=226=23=2313
整理后得=813
u1,2=2⋅17−4±813
将解分隔开u1=2⋅17−4+813,u2=2⋅17−4−813
u=2⋅17−4+813:172(213−1)
2⋅17−4+813
数字相乘:2⋅17=34=34−4+813
分解 −4+813:4(−1+213)
−4+813
改写为=−4⋅1+4⋅213
因式分解出通项 4=4(−1+213)
=344(−1+213)
约分:2=172(213−1)
u=2⋅17−4−813:−172(1+213)
2⋅17−4−813
数字相乘:2⋅17=34=34−4−813
分解 −4−813:−4(1+213)
−4−813
改写为=−4⋅1−4⋅213
因式分解出通项 4=−4(1+213)
=−344(1+213)
约分:2=−172(1+213)
二次方程组的解是:u=172(213−1),u=−172(1+213)
u=cos(θ)代回cos(θ)=172(213−1),cos(θ)=−172(1+213)
cos(θ)=172(213−1),cos(θ)=−172(1+213)
cos(θ)=172(213−1),0≤θ≤360∘:θ=arccos(172(213−1)),θ=360∘−arccos(172(213−1))
cos(θ)=172(213−1),0≤θ≤360∘
使用反三角函数性质
cos(θ)=172(213−1)
cos(θ)=172(213−1)的通解cos(x)=a⇒x=arccos(a)+360∘n,x=360∘−arccos(a)+360∘nθ=arccos(172(213−1))+360∘n,θ=360∘−arccos(172(213−1))+360∘n
θ=arccos(172(213−1))+360∘n,θ=360∘−arccos(172(213−1))+360∘n
在 0≤θ≤360∘范围内的解θ=arccos(172(213−1)),θ=360∘−arccos(172(213−1))
cos(θ)=−172(1+213),0≤θ≤360∘:θ=arccos(−172(1+213)),θ=−arccos(−172(1+213))+360∘
cos(θ)=−172(1+213),0≤θ≤360∘
使用反三角函数性质
cos(θ)=−172(1+213)
cos(θ)=−172(1+213)的通解cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+360∘n,x=−arccos(−a)+360∘nθ=arccos(−172(1+213))+360∘n,θ=−arccos(−172(1+213))+360∘n
θ=arccos(−172(1+213))+360∘n,θ=−arccos(−172(1+213))+360∘n
在 0≤θ≤360∘范围内的解θ=arccos(−172(1+213)),θ=−arccos(−172(1+213))+360∘
合并所有解θ=arccos(172(213−1)),θ=360∘−arccos(172(213−1)),θ=arccos(−172(1+213)),θ=−arccos(−172(1+213))+360∘
将解代入原方程进行验证
将它们代入 cot(θ)+2csc(θ)=4检验解是否符合
去除与方程不符的解。
检验 arccos(172(213−1))的解:真
arccos(172(213−1))
代入 n=1arccos(172(213−1))
对于 cot(θ)+2csc(θ)=4代入θ=arccos(172(213−1))cot(arccos(172(213−1)))+2csc(arccos(172(213−1)))=4
整理后得4=4
⇒真
检验 360∘−arccos(172(213−1))的解:假
360∘−arccos(172(213−1))
代入 n=1360∘−arccos(172(213−1))
对于 cot(θ)+2csc(θ)=4代入θ=360∘−arccos(172(213−1))cot(360∘−arccos(172(213−1)))+2csc(360∘−arccos(172(213−1)))=4
整理后得−4=4
⇒假
检验 arccos(−172(1+213))的解:真
arccos(−172(1+213))
代入 n=1arccos(−172(1+213))
对于 cot(θ)+2csc(θ)=4代入θ=arccos(−172(1+213))cot(arccos(−172(1+213)))+2csc(arccos(−172(1+213)))=4
整理后得4=4
⇒真
检验 −arccos(−172(1+213))+360∘的解:假
−arccos(−172(1+213))+360∘
代入 n=1−arccos(−172(1+213))+360∘
对于 cot(θ)+2csc(θ)=4代入θ=−arccos(−172(1+213))+360∘cot(−arccos(−172(1+213))+360∘)+2csc(−arccos(−172(1+213))+360∘)=4
整理后得−4=4
⇒假
θ=arccos(172(213−1)),θ=arccos(−172(1+213))
以小数形式表示解θ=0.75142…,θ=2.88012…