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tan(2x)-2=3tan(x)

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解答

tan(2x)−2=3tan(x)

解答

x=0.67351…+πn
+1
度数
x=38.58935…∘+180∘n
求解步骤
tan(2x)−2=3tan(x)
两边减去 3tan(x)tan(2x)−2−3tan(x)=0
使用三角恒等式改写
−2+tan(2x)−3tan(x)
使用倍角公式: tan(2x)=1−tan2(x)2tan(x)​=−2+1−tan2(x)2tan(x)​−3tan(x)
合并分式 −tan2(x)+12tan(x)​−3tan(x):1−tan2(x)−tan(x)+3tan3(x)​
−tan2(x)+12tan(x)​−3tan(x)
将项转换为分式: 3tan(x)=1−tan2(x)3tan(x)(1−tan2(x))​=1−tan2(x)2tan(x)​−1−tan2(x)3tan(x)(1−tan2(x))​
因为分母相等,所以合并分式: ca​±cb​=ca±b​=1−tan2(x)2tan(x)−3tan(x)(1−tan2(x))​
乘开 2tan(x)−3tan(x)(1−tan2(x)):−tan(x)+3tan3(x)
2tan(x)−3tan(x)(1−tan2(x))
乘开 −3tan(x)(1−tan2(x)):−3tan(x)+3tan3(x)
−3tan(x)(1−tan2(x))
使用分配律: a(b−c)=ab−aca=−3tan(x),b=1,c=tan2(x)=−3tan(x)⋅1−(−3tan(x))tan2(x)
使用加减运算法则−(−a)=a=−3⋅1⋅tan(x)+3tan2(x)tan(x)
化简 −3⋅1⋅tan(x)+3tan2(x)tan(x):−3tan(x)+3tan3(x)
−3⋅1⋅tan(x)+3tan2(x)tan(x)
3⋅1⋅tan(x)=3tan(x)
3⋅1⋅tan(x)
数字相乘:3⋅1=3=3tan(x)
3tan2(x)tan(x)=3tan3(x)
3tan2(x)tan(x)
使用指数法则: ab⋅ac=ab+ctan2(x)tan(x)=tan2+1(x)=3tan2+1(x)
数字相加:2+1=3=3tan3(x)
=−3tan(x)+3tan3(x)
=−3tan(x)+3tan3(x)
=2tan(x)−3tan(x)+3tan3(x)
同类项相加:2tan(x)−3tan(x)=−tan(x)=−tan(x)+3tan3(x)
=1−tan2(x)−tan(x)+3tan3(x)​
=1−tan2(x)−tan(x)+3tan3(x)​−2
−2+1−tan2(x)−tan(x)+3tan3(x)​=0
−2+1−tan2(x)−tan(x)+3tan3(x)​=0
用替代法求解
−2+1−tan2(x)−tan(x)+3tan3(x)​=0
令:tan(x)=u−2+1−u2−u+3u3​=0
−2+1−u2−u+3u3​=0:u≈0.79798…
−2+1−u2−u+3u3​=0
在两边乘以 1−u2
−2+1−u2−u+3u3​=0
在两边乘以 1−u2−2(1−u2)+1−u2−u+3u3​(1−u2)=0⋅(1−u2)
化简
−2(1−u2)+1−u2−u+3u3​(1−u2)=0⋅(1−u2)
化简 1−u2−u+3u3​(1−u2):−u+3u3
1−u2−u+3u3​(1−u2)
分式相乘: a⋅cb​=ca⋅b​=1−u2(−u+3u3)(1−u2)​
约分:1−u2=−−u+3u3
化简 0⋅(1−u2):0
0⋅(1−u2)
使用法则 0⋅a=0=0
−2(1−u2)−u+3u3=0
−2(1−u2)−u+3u3=0
−2(1−u2)−u+3u3=0
解 −2(1−u2)−u+3u3=0:u≈0.79798…
−2(1−u2)−u+3u3=0
展开 −2(1−u2)−u+3u3:−2+2u2−u+3u3
−2(1−u2)−u+3u3
乘开 −2(1−u2):−2+2u2
−2(1−u2)
使用分配律: a(b−c)=ab−aca=−2,b=1,c=u2=−2⋅1−(−2)u2
使用加减运算法则−(−a)=a=−2⋅1+2u2
数字相乘:2⋅1=2=−2+2u2
=−2+2u2−u+3u3
−2+2u2−u+3u3=0
改写成标准形式 an​xn+…+a1​x+a0​=03u3+2u2−u−2=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 3u3+2u2−u−2=0 的一个解:u≈0.79798…
3u3+2u2−u−2=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=3u3+2u2−u−2
找到 f′(u):9u2+4u−1
dud​(3u3+2u2−u−2)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(3u3)+dud​(2u2)−dudu​−dud​(2)
dud​(3u3)=9u2
dud​(3u3)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=3dud​(u3)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3⋅3u3−1
化简=9u2
dud​(2u2)=4u
dud​(2u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud​(u2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2⋅2u2−1
化简=4u
dudu​=1
dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=1
dud​(2)=0
dud​(2)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=9u2+4u−1−0
化简=9u2+4u−1
令 u0​=1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=0.83333…:Δu1​=0.16666…
f(u0​)=3⋅13+2⋅12−1−2=2f′(u0​)=9⋅12+4⋅1−1=12u1​=0.83333…
Δu1​=∣0.83333…−1∣=0.16666…Δu1​=0.16666…
u2​=0.79935…:Δu2​=0.03398…
f(u1​)=3⋅0.83333…3+2⋅0.83333…2−0.83333…−2=0.29166…f′(u1​)=9⋅0.83333…2+4⋅0.83333…−1=8.58333…u2​=0.79935…
Δu2​=∣0.79935…−0.83333…∣=0.03398…Δu2​=0.03398…
u3​=0.79798…:Δu3​=0.00136…
f(u2​)=3⋅0.79935…3+2⋅0.79935…2−0.79935…−2=0.01085…f′(u2​)=9⋅0.79935…2+4⋅0.79935…−1=7.94809…u3​=0.79798…
Δu3​=∣0.79798…−0.79935…∣=0.00136…Δu3​=0.00136…
u4​=0.79798…:Δu4​=2.16223E−6
f(u3​)=3⋅0.79798…3+2⋅0.79798…2−0.79798…−2=0.00001…f′(u3​)=9⋅0.79798…2+4⋅0.79798…−1=7.92300…u4​=0.79798…
Δu4​=∣0.79798…−0.79798…∣=2.16223E−6Δu4​=2.16223E−6
u5​=0.79798…:Δu5​=5.41816E−12
f(u4​)=3⋅0.79798…3+2⋅0.79798…2−0.79798…−2=4.29279E−11f′(u4​)=9⋅0.79798…2+4⋅0.79798…−1=7.92296…u5​=0.79798…
Δu5​=∣0.79798…−0.79798…∣=5.41816E−12Δu5​=5.41816E−12
u≈0.79798…
使用长除法 Equation0:u−0.79798…3u3+2u2−u−2​=3u2+4.39395…u+2.50631…
3u2+4.39395…u+2.50631…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 3u2+4.39395…u+2.50631…=0 的一个解:u∈R无解
3u2+4.39395…u+2.50631…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=3u2+4.39395…u+2.50631…
找到 f′(u):6u+4.39395…
dud​(3u2+4.39395…u+2.50631…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(3u2)+dud​(4.39395…u)+dud​(2.50631…)
dud​(3u2)=6u
dud​(3u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=3dud​(u2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3⋅2u2−1
化简=6u
dud​(4.39395…u)=4.39395…
dud​(4.39395…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=4.39395…dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=4.39395…⋅1
化简=4.39395…
dud​(2.50631…)=0
dud​(2.50631…)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=6u+4.39395…+0
化简=6u+4.39395…
令 u0​=−1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=−0.30739…:Δu1​=0.69260…
f(u0​)=3(−1)2+4.39395…(−1)+2.50631…=1.11235…f′(u0​)=6(−1)+4.39395…=−1.60604…u1​=−0.30739…
Δu1​=∣−0.30739…−(−1)∣=0.69260…Δu1​=0.69260…
u2​=−0.87184…:Δu2​=0.56444…
f(u1​)=3(−0.30739…)2+4.39395…(−0.30739…)+2.50631…=1.43911…f′(u1​)=6(−0.30739…)+4.39395…=2.54959…u2​=−0.87184…
Δu2​=∣−0.87184…−(−0.30739…)∣=0.56444…Δu2​=0.56444…
u3​=0.26997…:Δu3​=1.14181…
f(u2​)=3(−0.87184…)2+4.39395…(−0.87184…)+2.50631…=0.95580…f′(u2​)=6(−0.87184…)+4.39395…=−0.83708…u3​=0.26997…
Δu3​=∣0.26997…−(−0.87184…)∣=1.14181…Δu3​=1.14181…
u4​=−0.38040…:Δu4​=0.65037…
f(u3​)=3⋅0.26997…2+4.39395…⋅0.26997…+2.50631…=3.91122…f′(u3​)=6⋅0.26997…+4.39395…=6.01380…u4​=−0.38040…
Δu4​=∣−0.38040…−0.26997…∣=0.65037…Δu4​=0.65037…
u5​=−0.98136…:Δu5​=0.60096…
f(u4​)=3(−0.38040…)2+4.39395…(−0.38040…)+2.50631…=1.26896…f′(u4​)=6(−0.38040…)+4.39395…=2.11155…u5​=−0.98136…
Δu5​=∣−0.98136…−(−0.38040…)∣=0.60096…Δu5​=0.60096…
u6​=−0.25625…:Δu6​=0.72510…
f(u5​)=3(−0.98136…)2+4.39395…(−0.98136…)+2.50631…=1.08346…f′(u5​)=6(−0.98136…)+4.39395…=−1.49421…u6​=−0.25625…
Δu6​=∣−0.25625…−(−0.98136…)∣=0.72510…Δu6​=0.72510…
u7​=−0.80846…:Δu7​=0.55220…
f(u6​)=3(−0.25625…)2+4.39395…(−0.25625…)+2.50631…=1.57733…f′(u6​)=6(−0.25625…)+4.39395…=2.85642…u7​=−0.80846…
Δu7​=∣−0.80846…−(−0.25625…)∣=0.55220…Δu7​=0.55220…
u8​=1.19406…:Δu8​=2.00252…
f(u7​)=3(−0.80846…)2+4.39395…(−0.80846…)+2.50631…=0.91479…f′(u7​)=6(−0.80846…)+4.39395…=−0.45682…u8​=1.19406…
Δu8​=∣1.19406…−(−0.80846…)∣=2.00252…Δu8​=2.00252…
u9​=0.15322…:Δu9​=1.04083…
f(u8​)=3⋅1.19406…2+4.39395…⋅1.19406…+2.50631…=12.03031…f′(u8​)=6⋅1.19406…+4.39395…=11.55832…u9​=0.15322…
Δu9​=∣0.15322…−1.19406…∣=1.04083…Δu9​=1.04083…
u10​=−0.45844…:Δu10​=0.61167…
f(u9​)=3⋅0.15322…2+4.39395…⋅0.15322…+2.50631…=3.25001…f′(u9​)=6⋅0.15322…+4.39395…=5.31331…u10​=−0.45844…
Δu10​=∣−0.45844…−0.15322…∣=0.61167…Δu10​=0.61167…
u11​=−1.14149…:Δu11​=0.68305…
f(u10​)=3(−0.45844…)2+4.39395…(−0.45844…)+2.50631…=1.12243…f′(u10​)=6(−0.45844…)+4.39395…=1.64326…u11​=−1.14149…
Δu11​=∣−1.14149…−(−0.45844…)∣=0.68305…Δu11​=0.68305…
无法得出解
解是u≈0.79798…
u≈0.79798…
验证解
找到无定义的点(奇点):u=1,u=−1
取 −2+1−u2−u+3u3​ 的分母,令其等于零
解 1−u2=0:u=1,u=−1
1−u2=0
将 1到右边
1−u2=0
两边减去 11−u2−1=0−1
化简−u2=−1
−u2=−1
两边除以 −1
−u2=−1
两边除以 −1−1−u2​=−1−1​
化简u2=1
u2=1
对于 x2=f(a) 解为 x=f(a)​,−f(a)​
u=1​,u=−1​
1​=1
1​
使用根式运算法则: 1​=1=1
−1​=−1
−1​
使用根式运算法则: 1​=11​=1=−1
u=1,u=−1
以下点无定义u=1,u=−1
将不在定义域的点与解相综合:
u≈0.79798…
u=tan(x)代回tan(x)≈0.79798…
tan(x)≈0.79798…
tan(x)=0.79798…:x=arctan(0.79798…)+πn
tan(x)=0.79798…
使用反三角函数性质
tan(x)=0.79798…
tan(x)=0.79798…的通解tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πnx=arctan(0.79798…)+πn
x=arctan(0.79798…)+πn
合并所有解x=arctan(0.79798…)+πn
以小数形式表示解x=0.67351…+πn

作图

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