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sin^2(x)+cos^5(x)=2

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Lösung

sin2(x)+cos5(x)=2

Lösung

KeineLo¨sungfu¨rx∈R
Schritte zur Lösung
sin2(x)+cos5(x)=2
Subtrahiere 2 von beiden Seitensin2(x)+cos5(x)−2=0
Umschreiben mit Hilfe von Trigonometrie-Identitäten
−2+cos5(x)+sin2(x)
Verwende die Pythagoreische Identität: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=−2+cos5(x)+1−cos2(x)
Vereinfache −2+cos5(x)+1−cos2(x):cos5(x)−cos2(x)−1
−2+cos5(x)+1−cos2(x)
Fasse gleiche Terme zusammen=cos5(x)−cos2(x)−2+1
Addiere/Subtrahiere die Zahlen: −2+1=−1=cos5(x)−cos2(x)−1
=cos5(x)−cos2(x)−1
−1−cos2(x)+cos5(x)=0
Löse mit Substitution
−1−cos2(x)+cos5(x)=0
Angenommen: cos(x)=u−1−u2+u5=0
−1−u2+u5=0:u≈1.19385…
−1−u2+u5=0
Schreibe in der Standard Form an​xn+…+a1​x+a0​=0u5−u2−1=0
Bestimme eine Lösung für u5−u2−1=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:u≈1.19385…
u5−u2−1=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=u5−u2−1
Finde f′(u):5u4−2u
dud​(u5−u2−1)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(u5)−dud​(u2)−dud​(1)
dud​(u5)=5u4
dud​(u5)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=5u5−1
Vereinfache=5u4
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
Vereinfache=2u
dud​(1)=0
dud​(1)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=5u4−2u−0
Vereinfache=5u4−2u
Angenommen u0​=1Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=1.33333…:Δu1​=0.33333…
f(u0​)=15−12−1=−1f′(u0​)=5⋅14−2⋅1=3u1​=1.33333…
Δu1​=∣1.33333…−1∣=0.33333…Δu1​=0.33333…
u2​=1.22399…:Δu2​=0.10933…
f(u1​)=1.33333…5−1.33333…2−1=1.43621…f′(u1​)=5⋅1.33333…4−2⋅1.33333…=13.13580…u2​=1.22399…
Δu2​=∣1.22399…−1.33333…∣=0.10933…Δu2​=0.10933…
u3​=1.19560…:Δu3​=0.02838…
f(u2​)=1.22399…5−1.22399…2−1=0.24910…f′(u2​)=5⋅1.22399…4−2⋅1.22399…=8.77456…u3​=1.19560…
Δu3​=∣1.19560…−1.22399…∣=0.02838…Δu3​=0.02838…
u4​=1.19386…:Δu4​=0.00174…
f(u3​)=1.19560…5−1.19560…2−1=0.01363…f′(u3​)=5⋅1.19560…4−2⋅1.19560…=7.82581…u4​=1.19386…
Δu4​=∣1.19386…−1.19560…∣=0.00174…Δu4​=0.00174…
u5​=1.19385…:Δu5​=6.27682E−6
f(u4​)=1.19386…5−1.19386…2−1=0.00004…f′(u4​)=5⋅1.19386…4−2⋅1.19386…=7.76987…u5​=1.19385…
Δu5​=∣1.19385…−1.19386…∣=6.27682E−6Δu5​=6.27682E−6
u6​=1.19385…:Δu6​=8.12152E−11
f(u5​)=1.19385…5−1.19385…2−1=6.31015E−10f′(u5​)=5⋅1.19385…4−2⋅1.19385…=7.76967…u6​=1.19385…
Δu6​=∣1.19385…−1.19385…∣=8.12152E−11Δu6​=8.12152E−11
u≈1.19385…
Wende die schriftliche Division an:u−1.19385…u5−u2−1​=u4+1.19385…u3+1.42529…u2+0.70160…u+0.83761…
u4+1.19385…u3+1.42529…u2+0.70160…u+0.83761…≈0
Bestimme eine Lösung für u4+1.19385…u3+1.42529…u2+0.70160…u+0.83761…=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:Keine Lösung für u∈R
u4+1.19385…u3+1.42529…u2+0.70160…u+0.83761…=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=u4+1.19385…u3+1.42529…u2+0.70160…u+0.83761…
Finde f′(u):4u3+3.58157…u2+2.85059…u+0.70160…
dud​(u4+1.19385…u3+1.42529…u2+0.70160…u+0.83761…)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(u4)+dud​(1.19385…u3)+dud​(1.42529…u2)+dud​(0.70160…u)+dud​(0.83761…)
dud​(u4)=4u3
dud​(u4)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=4u4−1
Vereinfache=4u3
dud​(1.19385…u3)=3.58157…u2
dud​(1.19385…u3)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=1.19385…dud​(u3)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=1.19385…⋅3u3−1
Vereinfache=3.58157…u2
dud​(1.42529…u2)=2.85059…u
dud​(1.42529…u2)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=1.42529…dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=1.42529…⋅2u2−1
Vereinfache=2.85059…u
dud​(0.70160…u)=0.70160…
dud​(0.70160…u)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=0.70160…dudu​
Wende die allgemeine Ableitungsregel an: dudu​=1=0.70160…⋅1
Vereinfache=0.70160…
dud​(0.83761…)=0
dud​(0.83761…)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=4u3+3.58157…u2+2.85059…u+0.70160…+0
Vereinfache=4u3+3.58157…u2+2.85059…u+0.70160…
Angenommen u0​=−1Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=−0.46738…:Δu1​=0.53261…
f(u0​)=(−1)4+1.19385…(−1)3+1.42529…(−1)2+0.70160…(−1)+0.83761…=1.36745…f′(u0​)=4(−1)3+3.58157…(−1)2+2.85059…(−1)+0.70160…=−2.56741…u1​=−0.46738…
Δu1​=∣−0.46738…−(−1)∣=0.53261…Δu1​=0.53261…
u2​=2.44193…:Δu2​=2.90931…
f(u1​)=(−0.46738…)4+1.19385…(−0.46738…)3+1.42529…(−0.46738…)2+0.70160…(−0.46738…)+0.83761…=0.74688…f′(u1​)=4(−0.46738…)3+3.58157…(−0.46738…)2+2.85059…(−0.46738…)+0.70160…=−0.25672…u2​=2.44193…
Δu2​=∣2.44193…−(−0.46738…)∣=2.90931…Δu2​=2.90931…
u3​=1.70862…:Δu3​=0.73330…
f(u2​)=2.44193…4+1.19385…⋅2.44193…3+1.42529…⋅2.44193…2+0.70160…⋅2.44193…+0.83761…=63.99240…f′(u2​)=4⋅2.44193…3+3.58157…⋅2.44193…2+2.85059…⋅2.44193…+0.70160…=87.26542…u3​=1.70862…
Δu3​=∣1.70862…−2.44193…∣=0.73330…Δu3​=0.73330…
u4​=1.13400…:Δu4​=0.57462…
f(u3​)=1.70862…4+1.19385…⋅1.70862…3+1.42529…⋅1.70862…2+0.70160…⋅1.70862…+0.83761…=20.67565…f′(u3​)=4⋅1.70862…3+3.58157…⋅1.70862…2+2.85059…⋅1.70862…+0.70160…=35.98115…u4​=1.13400…
Δu4​=∣1.13400…−1.70862…∣=0.57462…Δu4​=0.57462…
u5​=0.65666…:Δu5​=0.47733…
f(u4​)=1.13400…4+1.19385…⋅1.13400…3+1.42529…⋅1.13400…2+0.70160…⋅1.13400…+0.83761…=6.86084…f′(u4​)=4⋅1.13400…3+3.58157…⋅1.13400…2+2.85059…⋅1.13400…+0.70160…=14.37317…u5​=0.65666…
Δu5​=∣0.65666…−1.13400…∣=0.47733…Δu5​=0.47733…
u6​=0.19253…:Δu6​=0.46412…
f(u5​)=0.65666…4+1.19385…⋅0.65666…3+1.42529…⋅0.65666…2+0.70160…⋅0.65666…+0.83761…=2.43695…f′(u5​)=4⋅0.65666…3+3.58157…⋅0.65666…2+2.85059…⋅0.65666…+0.70160…=5.25058…u6​=0.19253…
Δu6​=∣0.19253…−0.65666…∣=0.46412…Δu6​=0.46412…
u7​=−0.54088…:Δu7​=0.73342…
f(u6​)=0.19253…4+1.19385…⋅0.19253…3+1.42529…⋅0.19253…2+0.70160…⋅0.19253…+0.83761…=1.03543…f′(u6​)=4⋅0.19253…3+3.58157…⋅0.19253…2+2.85059…⋅0.19253…+0.70160…=1.41178…u7​=−0.54088…
Δu7​=∣−0.54088…−0.19253…∣=0.73342…Δu7​=0.73342…
u8​=1.27339…:Δu8​=1.81428…
f(u7​)=(−0.54088…)4+1.19385…(−0.54088…)3+1.42529…(−0.54088…)2+0.70160…(−0.54088…)+0.83761…=0.77178…f′(u7​)=4(−0.54088…)3+3.58157…(−0.54088…)2+2.85059…(−0.54088…)+0.70160…=−0.42539…u8​=1.27339…
Δu8​=∣1.27339…−(−0.54088…)∣=1.81428…Δu8​=1.81428…
u9​=0.77679…:Δu9​=0.49659…
f(u8​)=1.27339…4+1.19385…⋅1.27339…3+1.42529…⋅1.27339…2+0.70160…⋅1.27339…+0.83761…=9.13680…f′(u8​)=4⋅1.27339…3+3.58157…⋅1.27339…2+2.85059…⋅1.27339…+0.70160…=18.39872…u9​=0.77679…
Δu9​=∣0.77679…−1.27339…∣=0.49659…Δu9​=0.49659…
u10​=0.32133…:Δu10​=0.45546…
f(u9​)=0.77679…4+1.19385…⋅0.77679…3+1.42529…⋅0.77679…2+0.70160…⋅0.77679…+0.83761…=3.16638…f′(u9​)=4⋅0.77679…3+3.58157…⋅0.77679…2+2.85059…⋅0.77679…+0.70160…=6.95206…u10​=0.32133…
Δu10​=∣0.32133…−0.77679…∣=0.45546…Δu10​=0.45546…
u11​=−0.27320…:Δu11​=0.59453…
f(u10​)=0.32133…4+1.19385…⋅0.32133…3+1.42529…⋅0.32133…2+0.70160…⋅0.32133…+0.83761…=1.26052…f′(u10​)=4⋅0.32133…3+3.58157…⋅0.32133…2+2.85059…⋅0.32133…+0.70160…=2.12016…u11​=−0.27320…
Δu11​=∣−0.27320…−0.32133…∣=0.59453…Δu11​=0.59453…
Kann keine Lösung finden
Deshalb ist die Lösungu≈1.19385…
Setze in u=cos(x)eincos(x)≈1.19385…
cos(x)≈1.19385…
cos(x)=1.19385…:Keine Lösung
cos(x)=1.19385…
−1≤cos(x)≤1KeineLo¨sung
Kombiniere alle LösungenKeineLo¨sungfu¨rx∈R

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16=4+9-12cos(x)16=4+9−12cos(x)tanh(z)+2=0tanh(z)+2=0cos^2(a)= 2/(3sin(a))cos2(a)=3sin(a)2​5cos(5x)=25cos(5x)=24sin(x)-sin^3(x)-1=04sin(x)−sin3(x)−1=0
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