解
cos5(x)+cos(x)+4cos2(x)=2
解
x=π+2πn,x=0.95033…+2πn,x=2π−0.95033…+2πn
+1
度
x=180∘+360∘n,x=54.45019…∘+360∘n,x=305.54980…∘+360∘n解答ステップ
cos5(x)+cos(x)+4cos2(x)=2
置換で解く
cos5(x)+cos(x)+4cos2(x)=2
仮定:cos(x)=uu5+u+4u2=2
u5+u+4u2=2:u=−1,u≈0.58141…,u≈−1.23238…
u5+u+4u2=2
2を左側に移動します
u5+u+4u2=2
両辺から2を引くu5+u+4u2−2=2−2
簡素化u5+u+4u2−2=0
u5+u+4u2−2=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=0u5+4u2+u−2=0
因数 u5+4u2+u−2:(u+1)(u4−u3+u2+3u−2)
u5+4u2+u−2
有理根定理を使用する
a0=2,an=1
a0:1,2の除数, an:1の除数
ゆえに次の有理数をチェックする:±11,2
−11 は式の累乗根なので u+1 をくくり出す
=(u+1)u+1u5+4u2+u−2u+1u5+4u2+u−2=u4−u3+u2+3u−2
u+1u5+4u2+u−2
割る u+1u5+4u2+u−2:u+1u5+4u2+u−2=u4+u+1−u4+4u2+u−2
分子 u5+4u2+u−2
と除数 u+1の主係数で割る: uu5=u4
商=u4u+1にu4を乗じる:u5+u4u5+u4をu5+4u2+u−2から引いて新しい余りを得る余り=−u4+4u2+u−2
このためu+1u5+4u2+u−2=u4+u+1−u4+4u2+u−2
=u4+u+1−u4+4u2+u−2
割る u+1−u4+4u2+u−2:u+1−u4+4u2+u−2=−u3+u+1u3+4u2+u−2
分子 −u4+4u2+u−2
と除数 u+1の主係数で割る: u−u4=−u3
商=−u3u+1に−u3を乗じる:−u4−u3−u4−u3を−u4+4u2+u−2から引いて新しい余りを得る余り=u3+4u2+u−2
このためu+1−u4+4u2+u−2=−u3+u+1u3+4u2+u−2
=u4−u3+u+1u3+4u2+u−2
割る u+1u3+4u2+u−2:u+1u3+4u2+u−2=u2+u+13u2+u−2
分子 u3+4u2+u−2
と除数 u+1の主係数で割る: uu3=u2
商=u2u+1にu2を乗じる:u3+u2u3+u2をu3+4u2+u−2から引いて新しい余りを得る余り=3u2+u−2
このためu+1u3+4u2+u−2=u2+u+13u2+u−2
=u4−u3+u2+u+13u2+u−2
割る u+13u2+u−2:u+13u2+u−2=3u+u+1−2u−2
分子 3u2+u−2
と除数 u+1の主係数で割る: u3u2=3u
商=3uu+1に3uを乗じる:3u2+3u3u2+3uを3u2+u−2から引いて新しい余りを得る余り=−2u−2
このためu+13u2+u−2=3u+u+1−2u−2
=u4−u3+u2+3u+u+1−2u−2
割る u+1−2u−2:u+1−2u−2=−2
分子 −2u−2
と除数 u+1の主係数で割る: u−2u=−2
商=−2u+1に−2を乗じる:−2u−2−2u−2を−2u−2から引いて新しい余りを得る余り=0
このためu+1−2u−2=−2
=u4−u3+u2+3u−2
=(u+1)(u4−u3+u2+3u−2)
(u+1)(u4−u3+u2+3u−2)=0
零因子の原則を使用:ab=0ならば a=0または b=0u+1=0oru4−u3+u2+3u−2=0
解く u+1=0:u=−1
u+1=0
1を右側に移動します
u+1=0
両辺から1を引くu+1−1=0−1
簡素化u=−1
u=−1
解く u4−u3+u2+3u−2=0:u≈0.58141…,u≈−1.23238…
u4−u3+u2+3u−2=0
ニュートン・ラプソン法を使用して u4−u3+u2+3u−2=0 の解を1つ求める:u≈0.58141…
u4−u3+u2+3u−2=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u4−u3+u2+3u−2
発見する f′(u):4u3−3u2+2u+3
dud(u4−u3+u2+3u−2)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u4)−dud(u3)+dud(u2)+dud(3u)−dud(2)
dud(u4)=4u3
dud(u4)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=4u4−1
簡素化=4u3
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(3u)=3
dud(3u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=3dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=3⋅1
簡素化=3
dud(2)=0
dud(2)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=4u3−3u2+2u+3−0
簡素化=4u3−3u2+2u+3
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=0.66666…:Δu1=0.33333…
f(u0)=14−13+12+3⋅1−2=2f′(u0)=4⋅13−3⋅12+2⋅1+3=6u1=0.66666…
Δu1=∣0.66666…−1∣=0.33333…Δu1=0.33333…
u2=0.58407…:Δu2=0.08259…
f(u1)=0.66666…4−0.66666…3+0.66666…2+3⋅0.66666…−2=0.34567…f′(u1)=4⋅0.66666…3−3⋅0.66666…2+2⋅0.66666…+3=4.18518…u2=0.58407…
Δu2=∣0.58407…−0.66666…∣=0.08259…Δu2=0.08259…
u3=0.58141…:Δu3=0.00265…
f(u2)=0.58407…4−0.58407…3+0.58407…2+3⋅0.58407…−2=0.01047…f′(u2)=4⋅0.58407…3−3⋅0.58407…2+2⋅0.58407…+3=3.94172…u3=0.58141…
Δu3=∣0.58141…−0.58407…∣=0.00265…Δu3=0.00265…
u4=0.58141…:Δu4=2.31829E−6
f(u3)=0.58141…4−0.58141…3+0.58141…2+3⋅0.58141…−2=9.12218E−6f′(u3)=4⋅0.58141…3−3⋅0.58141…2+2⋅0.58141…+3=3.93486…u4=0.58141…
Δu4=∣0.58141…−0.58141…∣=2.31829E−6Δu4=2.31829E−6
u5=0.58141…:Δu5=1.75373E−12
f(u4)=0.58141…4−0.58141…3+0.58141…2+3⋅0.58141…−2=6.9007E−12f′(u4)=4⋅0.58141…3−3⋅0.58141…2+2⋅0.58141…+3=3.93486…u5=0.58141…
Δu5=∣0.58141…−0.58141…∣=1.75373E−12Δu5=1.75373E−12
u≈0.58141…
長除法を適用する:u−0.58141…u4−u3+u2+3u−2=u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…
u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…=0 の解を1つ求める:u≈−1.23238…
u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…
発見する f′(u):3u2−0.83717…u+0.75662…
dud(u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)−dud(0.41858…u2)+dud(0.75662…u)+dud(3.43991…)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dud(0.41858…u2)=0.83717…u
dud(0.41858…u2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.41858…dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=0.41858…⋅2u2−1
簡素化=0.83717…u
dud(0.75662…u)=0.75662…
dud(0.75662…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.75662…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=0.75662…⋅1
簡素化=0.75662…
dud(3.43991…)=0
dud(3.43991…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=3u2−0.83717…u+0.75662…+0
簡素化=3u2−0.83717…u+0.75662…
仮定: u0=−5Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−3.30117…:Δu1=1.69882…
f(u0)=(−5)3−0.41858…(−5)2+0.75662…(−5)+3.43991…=−135.80796…f′(u0)=3(−5)2−0.83717…(−5)+0.75662…=79.94252…u1=−3.30117…
Δu1=∣−3.30117…−(−5)∣=1.69882…Δu1=1.69882…
u2=−2.20780…:Δu2=1.09337…
f(u1)=(−3.30117…)3−0.41858…(−3.30117…)2+0.75662…(−3.30117…)+3.43991…=−39.59511…f′(u1)=3(−3.30117…)2−0.83717…(−3.30117…)+0.75662…=36.21367…u2=−2.20780…
Δu2=∣−2.20780…−(−3.30117…)∣=1.09337…Δu2=1.09337…
u3=−1.56741…:Δu3=0.64038…
f(u2)=(−2.20780…)3−0.41858…(−2.20780…)2+0.75662…(−2.20780…)+3.43991…=−11.03268…f′(u2)=3(−2.20780…)2−0.83717…(−2.20780…)+0.75662…=17.22816…u3=−1.56741…
Δu3=∣−1.56741…−(−2.20780…)∣=0.64038…Δu3=0.64038…
u4=−1.28929…:Δu4=0.27812…
f(u3)=(−1.56741…)3−0.41858…(−1.56741…)2+0.75662…(−1.56741…)+3.43991…=−2.62526…f′(u3)=3(−1.56741…)2−0.83717…(−1.56741…)+0.75662…=9.43924…u4=−1.28929…
Δu4=∣−1.28929…−(−1.56741…)∣=0.27812…Δu4=0.27812…
u5=−1.23439…:Δu5=0.05490…
f(u4)=(−1.28929…)3−0.41858…(−1.28929…)2+0.75662…(−1.28929…)+3.43991…=−0.37459…f′(u4)=3(−1.28929…)2−0.83717…(−1.28929…)+0.75662…=6.82285…u5=−1.23439…
Δu5=∣−1.23439…−(−1.28929…)∣=0.05490…Δu5=0.05490…
u6=−1.23238…:Δu6=0.00200…
f(u5)=(−1.23439…)3−0.41858…(−1.23439…)2+0.75662…(−1.23439…)+3.43991…=−0.01275…f′(u5)=3(−1.23439…)2−0.83717…(−1.23439…)+0.75662…=6.36121…u6=−1.23238…
Δu6=∣−1.23238…−(−1.23439…)∣=0.00200…Δu6=0.00200…
u7=−1.23238…:Δu7=2.61081E−6
f(u6)=(−1.23238…)3−0.41858…(−1.23238…)2+0.75662…(−1.23238…)+3.43991…=−0.00001…f′(u6)=3(−1.23238…)2−0.83717…(−1.23238…)+0.75662…=6.34469…u7=−1.23238…
Δu7=∣−1.23238…−(−1.23238…)∣=2.61081E−6Δu7=2.61081E−6
u8=−1.23238…:Δu8=4.42173E−12
f(u7)=(−1.23238…)3−0.41858…(−1.23238…)2+0.75662…(−1.23238…)+3.43991…=−2.80544E−11f′(u7)=3(−1.23238…)2−0.83717…(−1.23238…)+0.75662…=6.34467…u8=−1.23238…
Δu8=∣−1.23238…−(−1.23238…)∣=4.42173E−12Δu8=4.42173E−12
u≈−1.23238…
長除法を適用する:u+1.23238…u3−0.41858…u2+0.75662…u+3.43991…=u2−1.65097…u+2.79126…
u2−1.65097…u+2.79126…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u2−1.65097…u+2.79126…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: u∈R
u2−1.65097…u+2.79126…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u2−1.65097…u+2.79126…
発見する f′(u):2u−1.65097…
dud(u2−1.65097…u+2.79126…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)−dud(1.65097…u)+dud(2.79126…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(1.65097…u)=1.65097…
dud(1.65097…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=1.65097…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=1.65097…⋅1
簡素化=1.65097…
dud(2.79126…)=0
dud(2.79126…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=2u−1.65097…+0
簡素化=2u−1.65097…
仮定: u0=2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=0.51456…:Δu1=1.48543…
f(u0)=22−1.65097…⋅2+2.79126…=3.48931…f′(u0)=2⋅2−1.65097…=2.34902…u1=0.51456…
Δu1=∣0.51456…−2∣=1.48543…Δu1=1.48543…
u2=4.06293…:Δu2=3.54837…
f(u1)=0.51456…2−1.65097…⋅0.51456…+2.79126…=2.20650…f′(u1)=2⋅0.51456…−1.65097…=−0.62183…u2=4.06293…
Δu2=∣4.06293…−0.51456…∣=3.54837…Δu2=3.54837…
u3=2.11836…:Δu3=1.94457…
f(u2)=4.06293…2−1.65097…⋅4.06293…+2.79126…=12.59093…f′(u2)=2⋅4.06293…−1.65097…=6.47490…u3=2.11836…
Δu3=∣2.11836…−4.06293…∣=1.94457…Δu3=1.94457…
u4=0.65598…:Δu4=1.46238…
f(u3)=2.11836…2−1.65097…⋅2.11836…+2.79126…=3.78136…f′(u3)=2⋅2.11836…−1.65097…=2.58575…u4=0.65598…
Δu4=∣0.65598…−2.11836…∣=1.46238…Δu4=1.46238…
u5=6.96423…:Δu5=6.30824…
f(u4)=0.65598…2−1.65097…⋅0.65598…+2.79126…=2.13856…f′(u4)=2⋅0.65598…−1.65097…=−0.33901…u5=6.96423…
Δu5=∣6.96423…−0.65598…∣=6.30824…Δu5=6.30824…
u6=3.72301…:Δu6=3.24121…
f(u5)=6.96423…2−1.65097…⋅6.96423…+2.79126…=39.79400…f′(u5)=2⋅6.96423…−1.65097…=12.27748…u6=3.72301…
Δu6=∣3.72301…−6.96423…∣=3.24121…Δu6=3.24121…
u7=1.91017…:Δu7=1.81283…
f(u6)=3.72301…2−1.65097…⋅3.72301…+2.79126…=10.50549…f′(u6)=2⋅3.72301…−1.65097…=5.79505…u7=1.91017…
Δu7=∣1.91017…−3.72301…∣=1.81283…Δu7=1.81283…
u8=0.39527…:Δu8=1.51489…
f(u7)=1.91017…2−1.65097…⋅1.91017…+2.79126…=3.28638…f′(u7)=2⋅1.91017…−1.65097…=2.16937…u8=0.39527…
Δu8=∣0.39527…−1.91017…∣=1.51489…Δu8=1.51489…
u9=3.06248…:Δu9=2.66720…
f(u8)=0.39527…2−1.65097…⋅0.39527…+2.79126…=2.29491…f′(u8)=2⋅0.39527…−1.65097…=−0.86041…u9=3.06248…
Δu9=∣3.06248…−0.39527…∣=2.66720…Δu9=2.66720…
u10=1.47240…:Δu10=1.59007…
f(u9)=3.06248…2−1.65097…⋅3.06248…+2.79126…=7.11398…f′(u9)=2⋅3.06248…−1.65097…=4.47398…u10=1.47240…
Δu10=∣1.47240…−3.06248…∣=1.59007…Δu10=1.59007…
u11=−0.48173…:Δu11=1.95413…
f(u10)=1.47240…2−1.65097…⋅1.47240…+2.79126…=2.52833…f′(u10)=2⋅1.47240…−1.65097…=1.29383…u11=−0.48173…
Δu11=∣−0.48173…−1.47240…∣=1.95413…Δu11=1.95413…
解を見つけられない
解答はu≈0.58141…,u≈−1.23238…
解答はu=−1,u≈0.58141…,u≈−1.23238…
代用を戻す u=cos(x)cos(x)=−1,cos(x)≈0.58141…,cos(x)≈−1.23238…
cos(x)=−1,cos(x)≈0.58141…,cos(x)≈−1.23238…
cos(x)=−1:x=π+2πn
cos(x)=−1
以下の一般解 cos(x)=−1
cos(x)2πn 循環を含む周期性テーブル:
x06π4π3π2π32π43π65πcos(x)12322210−21−22−23xπ67π45π34π23π35π47π611πcos(x)−1−23−22−210212223
x=π+2πn
x=π+2πn
cos(x)=0.58141…:x=arccos(0.58141…)+2πn,x=2π−arccos(0.58141…)+2πn
cos(x)=0.58141…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=0.58141…
以下の一般解 cos(x)=0.58141…cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(0.58141…)+2πn,x=2π−arccos(0.58141…)+2πn
x=arccos(0.58141…)+2πn,x=2π−arccos(0.58141…)+2πn
cos(x)=−1.23238…:解なし
cos(x)=−1.23238…
−1≤cos(x)≤1解なし
すべての解を組み合わせるx=π+2πn,x=arccos(0.58141…)+2πn,x=2π−arccos(0.58141…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=π+2πn,x=0.95033…+2πn,x=2π−0.95033…+2πn