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cot(θ)+2csc(θ)=4,0<= θ<= 360

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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​=na​nb​=13​26​
使用根式运算法则: nam​=anm​26​=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…

作图

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