Что такое система тригонометрических уравнений

Системы тригонометрических уравнений и их решение: характеристика

Содержание:

Уравнение является равенством с одним, несколькими неизвестными числами. Задача – найти данное неизвестное значение. При необходимости полученный результат подставляется в структуру. Теория математики рекомендует проводить проверку, чтобы убедиться в достоверности полученного результата.

Понятие система тригонометрических уравнений классифицируется как набор условий для поиска неизвестных в нескольких примерах по отношению к двум и более переменным. Связанные выражения объединяются скобкой.

Системы тригонометрических уравнений – это своеобразное задание. Для его решения понадобится алгебра: знание принципов развязки квадратных неравенств, тригонометрический анализ, умение находить неизвестные в простейших уравнениях.

Решение систем тригонометрических уравнений – это упорядоченная подборка числовых значений коэффициентов. Если подставить любое из этих чисел в выражения, торжество будет верным.

Как решать тригонометрические системы уравнений

Чтобы решить систему тригонометрических уравнений, нужно использовать ряд алгебраических методик: заменить переменные, исключить неизвестные. Для исключения используется следующий подход:

Существует класс простейших и сложных задач. Для всех формируется карта решений, предмет задания – поиск значения неизвестного аргумента.

Решение систем тригонометрических уравнений – примеры с решением

Рассмотрим на примере принцип действия при развязке системных задач:

1. Необходимо найти аргументы выражения:

Первый пример системы относится к классу линейных выражений. Для него следует использовать x = \frac < \pi > < 2 >+ у. Эту переменную подставляем в нижнюю часть задачи:

5+7 \cos \ cos ( \frac < \pi > < 2 >+ у ) = 3 \cos^2y

Дальше рекомендуется применение основного тригонометрического тождества с формулой приведения. Итоговый вид:

3 \sin ^2 y — 7 \sin y + 2 = 0

Для дальнейших действий требуется новая переменная Т = siny. В результате получается квадратная задача с одним искомым:

По условию siny – меньше или равен единице. Пример имеет два корня: Т1 = \frac < 1 >< 2 >, Т2 = 2. Вариант Т2 не удовлетворяет условиям. Следует вернуться к первичному искомому:

\sin y = \frac < 1 >< 3 >, y = (-1)^n \arcsin \frac < 1 > < 3 >+ \pi n, где n ∈ Z

Для поиска ответа необходимо:

x = \frac < \pi > < 2 >+ y = \frac < \pi > < 2 >+ (-1)^n \arcsin \frac < 1 > < 3 >+ \pi n,

2. В условии задачи дана система:

Необходимо выполнить сложение и вычитание по членам для получения равносильной комбинации:

Последняя система может быть представлена как объединение двух примеров. Для этого итоговое значение первой структуры используется положительное и отрицательное по-отдельности.

Для получения ответа следует складывать и вычитать члены выражений. В таком случае:

Источник

Е.П. Нелин, В.А. Лазарев

АЛГЕБРА

и начала математического

анализа

10 класс

учреждений. Базовый и

§ 21. РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ

Работу выполнила: Мусина В.А. студентка группы 45.3

Системы тригонометрических уравнений решаются с помощью тех же методов, что и алгебраические системы, в частности это исключение неизвестных и замена переменных. Исключить неизвестные можно с помощью одного из двух приемов:из одного уравнения выразить какое-то неизвестное (или функцию от него) и подставить его в другие или преобразовать данные уравнения и потом составить из них комбинации, в которых число неизвестных уменьшается.

Из первого уравнения находим и подставляем во второе.

Получаем

Замечание. Если бы для нахождения значения y мы не рассмотрели отдельно формулу (1) со знаком «+» и знаком «–», то вместе с верными решениями получили бы и посторонние решения заданной системы.

Действительно, в таком случае имеем

Тогда, например, при n = 0 получаем

Таким образом, кроме решений, которые вошли в ответ, мы имеем еще две возможности:

Но эти пары значений х и у не являются решениями заданной системы, поскольку они не удовлетворяют первому уравнению.

Поэтому следует запомнить:

Когда решение уравнения cos x = а приходится применять для дальнейших преобразований, то удобно записывать его в виде двух формул: отдельно со знаком «+» и отдельно со знаком «–».

Почленно сложим и вычтем эти уравнения. Получим равносильну систему

Представим последнюю систему в виде совокупности двух систем, записывая решения второго уравнения отдельно со знаком «+» и отдельно со знаком «–»:

Почленно складывая и вычитая уравнения этих систем, находим x и y:

Замечание. В запись ответа вошли два параметра n и k, которые независимо друг от друга «пробегают» множество целых чисел. Если попробовать при решении заданной системы воспользоваться только одним параметром, например n, то это приведет к потере решений. Таким образом, в каждом случае, когда система тригонометрических уравнений приводится к системе, состоящей из элементарных тригонометрических уравнений (то есть из уравнений вида sin x = a, cos x = a, tg x = a, ctg x = a), при решении каждого из этих уравнений необходимо использовать свой целочисленный параметр.

Вопросы для контроля

Упражнения

Решите систему уравнений (1–8).

Источник

Решение систем тригонометрических уравнений

Системы тригонометрических уравнений бесконечно разнообразны. При их решении используются как общие методы: подстановки, сложения, замены переменной, так и частные, связанные с особенностями преобразований тригонометрических функций.
В этом параграфе мы рассмотрим только некоторые, наиболее характерные, подходы к решению таких систем.

п.1. Системы, в которых одно из уравнений является линейным

Если одно из уравнений системы является линейным, то система решается методом подстановки.

п.2. Системы с независимыми уравнениями

Если уравнения системы являются независимыми, то они решаются по отдельности. При этом счетчики периодов обязательно должны быть различными (например, \(k\) и \(n\), для двух независимых уравнений).

Например:
Решим систему \( \begin sin(x-y)=0\\ cox(x+y)=1 \end \)
Уравнения независимы, решаем каждое из них, а затем методом сложения находим \(x\) и \(y\): \begin \begin x-y=\pi k\\ x+y=2\pi n \end \Rightarrow \begin 2x=\pi k+2\pi n\\ 2y=2\pi n-\pi k \end \Rightarrow \begin x=\frac<\pi k><2>+\pi n=\frac\pi2(k+2n)=\frac\pi2(2n+k)\\ y=\pi n-\frac<\pi k><2>=\frac\pi2(2n-k) \end \end Ответ: \(\left(\frac\pi2(2n+k);\ \frac\pi2(2n-k)\right)\)

п.3. Системы с произведениями тригонометрических функций

Системы с произведениями тригонометрических функций и приводимые к ним решаются методом сложения.

Например:
Решим систему \( \begin sinx siny=\frac<\sqrt<3>><4>\\ cosx cosy=\frac<\sqrt<3>> <4>\end \)
Добавим и вычтем уравнения и используем формулы косинуса суммы и разности: \begin \begin cosxcosy+sinxsiny=\frac<\sqrt<3>><2>\\ cosxcosy-sinxsiny=0 \end \Rightarrow \begin cos(x-y)=\frac<\sqrt<3>><2>\\ cos(x+y)=0 \end \end Мы получили систему из двух независимых уравнений. Решаем каждое из них, и затем используем метод сложения, чтобы найти \(x\) и \(y\): \begin \begin x-y=\pm\frac\pi6+2\pi k\\ x+y=\frac\pi2+\pi n \end \Rightarrow \begin 2x=\pm\frac\pi6+\frac\pi2+\pi(2k+n)\\ 2y=\frac\pi2\pm\frac\pi6+\pi(n-2k) \end \Rightarrow \begin x=\pm\frac<\pi><12>+\frac\pi4+\frac\pi2(2k+n)\\ y=\frac\pi4\pm\frac<\pi><12>+\frac\pi2(n-2k) \end \end Получаем две пары решений: \begin \left[ \begin \begin x_1=\frac\pi6+\frac\pi2(2k+n)\\ y_1=\frac\pi3+\frac\pi2(n-2k) \end \\ \begin x_2=\frac\pi3+\frac\pi2(2k+n)\\ y_2=\frac\pi6+\frac\pi2(n-2k) \end \end \right. \end Ответ: \(\left\<\left(\frac\pi6+\frac\pi2(2k+n);\ \frac\pi3+\frac\pi2(n-2k)\right),\ \left(\frac\pi3+\frac\pi2(2k+n);\ \frac\pi6+\frac\pi2(n-2k)\right)\right\>\)

п.4. Замена переменных в системах тригонометрических уравнений

Системы двух уравнений с двумя тригонометрическими функциями легко решаются с помощью замены переменных.

Например:
Решим систему \( \begin tgx-siny=4\\ tg^2x+sin^2y=26 \end \)
Замена переменных: \(a=tgx,\ b=siny\) \begin \begin a-b=4\\ a^2+b^2=26 \end \Rightarrow \begin a=b+4\\ (b+4)^2+b^2=26 \end \Rightarrow \begin a=b+4\\ 2b^2+8b-10=0 \end \Rightarrow\\ \Rightarrow \begin a=b+4\\ b^2+4b-5=0 \end \Rightarrow \begin a=b+4\\ (b+5)(b-1)=0 \end \Rightarrow \left[ \begin \begin a=-1\\ b=-5 \end \\ \begin a=5\\ b=1 \end \end \right. \end Переменная \(b=siny\) ограничена: \(-1\leq b\leq 1\).
\(b=-5\lt-1\) не подходит. Остается вторая пара решений: \(\begin a=5\\ b=1 \end \)
Возвращаемся к исходным переменным: \begin \begin tgx=5\\ siny=1 \end \Rightarrow \begin x=arctg5+\pi k\\ y=\frac\pi2+2\pi n \end \end Ответ: \(\left(arctg5+\pi k;\ \frac\pi2+2\pi n\right)\)

п.5. Примеры

Пример 1. Решите систему уравнений: a) \( \begin x+y=\pi\\ sinx+siny=\sqrt <3>\end \)
Из верхнего линейного уравнения выражаем \(y\) через \(x\) и подставляем в нижнее: \begin \begin y=\pi-x\\ sinx+sin(\pi-x)=\sqrt <3>\end \end Решаем полученное уравнение относительно \(x\): \begin sinx+sinx=\sqrt<3>\Rightarrow 2sinx=\sqrt<3>\Rightarrow sinx=\frac<\sqrt<3>><2>\Rightarrow\\ \Rightarrow x=(-1)^k\frac\pi3+\pi k= \left[ \begin \frac\pi3+2\pi k\\ \frac<2\pi><3>+2\pi k \end \right. \end Получаем две пары решений: \begin \left[ \begin \begin x=\frac\pi3+2\pi k\\ y=\pi-x=\pi-\frac\pi3-2\pi k=\frac<2\pi><3>-2\pi k \end \\ \begin x=\frac<2\pi><3>+2\pi k\\ y=\pi-x=\pi-\frac<2\pi><3>-2\pi k=\frac\pi3-2\pi k \end \end \right. \end Ответ: \(\left\<\left(\frac\pi3+2\pi k;\ \frac<2\pi><3>-2\pi k\right),\ \left(\frac<2\pi><3>+2\pi k;\ \frac\pi3-2\pi k\right)\right\>\)

б) \( \begin sinxcosy=\frac34\\ cosxsiny=\frac14 \end \)
Добавим и вычтем уравнения и используем формулы синуса суммы и разности: \begin \begin sinxcosy+cosxsiny=1\\ sinxcosy-cosxsiny\frac12 \end \Rightarrow \begin sin(x+y)=1\\ sin(x-y)=\frac12 \end \end Мы получили систему из двух независимых уравнений. Решаем каждое из них, и затем используем метод сложения, чтобы найти \(x\) и \(y\): \begin \begin x+y=\frac\pi2+2\pi k\\ x-y=(-1)^n\frac\pi6=\pi n \end \Rightarrow \begin 2x=\frac\pi2+(-1)^n\frac\pi6+\pi(2k+n)\\ 2y=\frac\pi2-(-1)^n\frac\pi6+\pi(2k-n) \end \Rightarrow\\ \Rightarrow \begin x=\frac\pi4+(-1)^n\frac<\pi><12>+\frac\pi2(2k+n)\\ y=\frac\pi4-(-1)^n\frac<\pi><12>+\frac\pi2(2k-n) \end \end Ответ: \(\left(\frac\pi4+(-1)^n\frac<\pi><12>+\frac\pi2(2k+n);\ \frac\pi4-(-1)^n\frac<\pi><12>+\frac\pi2(2k-n)\right)\)

Семейство решений \(x=\frac\pi2+\pi k\) не подходит по требованию ОДЗ (закрашенные сектора). Остается только: \begin x=\frac\pi4+\frac<\pi k> <2>\end

Подставляем полученный \(x\) во второе уравнение: \begin 2sin^2\left(\frac\pi4+\frac<\pi k><2>\right)-cos\left(2y-\frac\pi3\right)=0 \end Используем формулу понижения степени: \(2sin^2x=1-cos2x\) \begin 2sin^2\left(\frac\pi4+\frac<\pi k><2>\right)=1-cos\left(2\left(\frac\pi4+\frac<\pi k><2>\right)\right)=1-\underbrace_<=0>=1 \end Получаем: \begin 1-cos\left(2y-\frac\pi3\right)=0\Rightarrow cos\left(2y-\frac\pi3\right)=1\Rightarrow 2y-\frac\pi3=2\pi n\Rightarrow\\ \Rightarrow 2y=\frac\pi3+2\pi n\Rightarrow y=\frac\pi6+\pi n \end Ответ: \(\left(\frac\pi4+\frac<\pi k><2>;\ \frac\pi6+\pi n\right)\)

Источник

Уроки математики и физики для школьников и родителей

пятница, 3 апреля 2020 г.

Урок 5. Системы тригонометрических уравнений

ВИДЕО УРОК

Решить систему уравнений :

Тогда получим следующую систему :

1,5 – u вместо v во второе уравнение системы, получим :

u 2 + (1,5 – u ) 2 = 1,25,

Итак, мы получили две пары решений :

то остаётся решить две системы уравнений :

Значит решения системы

Значит решения системы

Источник

Решение тригонометрических уравнений — 39 примеров!

Привет, самый лучший ученик во Вселенной!

Сегодня мы с тобой изучим, как решать одну из разновидностей уравнений – тригонометрические. Мы решим 39(!) примеров, от самых простых, до самых сложных.

И станем на шаг ближе к заветной цели – сдать ЕГЭ по математике так, чтобы поступить в ВУЗ мечты!

Тригонометрические уравнения — коротко о главном

Тригонометрическое уравнение – это уравнение, в котором неизвестная находится строго под знаком тригонометрической функции.

Существует два способа решения тригонометрических уравнений:

Первый способ – с использованием формул.

Второй способ – через тригонометрическую окружность.

Тригонометрическая окружность позволяет измерять углы, находить их синусы, косинусы и прочее.

Чтобы уметь решать тригонометрические уравнения необходимо знать как минимум следующее:

Если ты что-то не знаешь, повтори следующие разделы:

Этого будет вполне достаточно. Если это по ходу моего повествования окажется не так, то не сердись, придётся вспомнить что-нибудь ещё, не упомянутое здесь.

Простейшие тригонометрические уравнения

Что же это такое, как ты думаешь? Является ли, например, уравнение

Ты и сам прекрасно понимаешь, что нет! Потому что ни одной тригонометрической функции \( \displaystyle \left( sin x,cos x,tg x,ctg x \right)\) в нём и в помине нет!

А что насчёт вот такого уравнения?

И опять ответ отрицательный!

Это так называемое уравнение смешанного типа.

Оно содержит как тригонометрическую составляющую, так и линейную (\( \displaystyle 3x\)).

Некоторые типы подобных уравнений мы будем с тобой решать в следующих раздела этой статьи.

Но вернёмся к вопросу: «Что же такое тригонометрические уравнения?»

Тригонометрические уравнения –это уравнения, в которых неизвестная находится строго под знаком тригонометрической функции!

Однако для начала мы не будем решать сложные и иногда неприступные тригонометрические уравнения, а ограничимся самыми простыми уравнениями вида:

Где \( \displaystyle a\) – некоторое постоянное число.

Например: \( \displaystyle 0,5;

\( \displaystyle f\left( x \right)\) – некоторая функция, зависящая от искомой переменной \( \displaystyle x\), например \( \displaystyle f\left( x \right)=x,

f\left( x \right)=\frac<\pi x><7>\) и т. д.

Такие уравнения называются простейшими!

Основная цель решения ЛЮБОГО тригонометрического уравнения – это свести его к виду простейшего!

Для этого, как правило, используют аппарат, который я описал в разделе «Формулы тригонометрии«

Так что очень важно, я бы даже сказал, жизненно необходимо научиться решать простейшие уравнения, ибо они – фундамент для решения сложных примеров.

Как часто тригонометрические уравнения встречаются на ЕГЭ?

Тригонометрические уравнения могут встретиться до четырех раз в заданиях ЕГЭ. Это может быть:

Так что, как ты понимаешь, при некоторых раскладах, навык решения данного вида уравнений может добавить в твою копилку аж 5 первичных баллов из 32!

Два способа решения тригонометрических уравнений – через формулы и по кругу

В принципе, я не могу сказать, что легче: держать в голове, как строится круг, или помнить 4 формулы.

Тут решать тебе самому, однако я всё же предпочитаю решать данные уравнения через формулы, поэтому здесь я буду описывать именно этот метод.

Вначале мы начнём с «самых простейших» из простейших уравнений вида:

Я хочу сразу оговориться вот о чем, будь внимателен:

То есть, тебе не надо знать вообще никаких формул, чтобы спокойно ответить, что уравнения, например:

\( \displaystyle cos\left( 3-sin\left( x \right) \right)=2\)

\( \displaystyle sin\left( 2<^<2>>-2x+1 \right)=-3\)

Корней не имеют.

Потому что они «не попадают» в промежуток от минус единицы до плюс единицы.

Ещё раз скажу: внимательно обдумай эти слова, они уберегут тебя от многих глупых ошибок.

Для остальных же случаев тригонометрические формулы такие как в этой таблице.

На самом деле в этой таблице данных немного больше, чем нужно.

Тебе нужно лишь запомнить первые два её столбца, другие столбцы – частные случаи решения тригонометрических уравнений.

Я, допустим, никогда не утруждаю себя их запоминанием, а вывожу ответ из основных формул.

Глядя на таблицу, не возникло ли у тебя пары вопросов?

У меня бы возникли вот какие:

Что такое \( \displaystyle n\) и что такое, например \( \displaystyle arcsin\alpha

Отвечаю на все по порядку:

В чем уникальная особенность тригонометрических уравнений перед всеми остальными, которые ты изучал?

ОНИ ИМЕЮТ БЕСКОНЕЧНОЕ КОЛИЧЕСТВО КОРНЕЙ.

И число \( \displaystyle n\) и служит для обозначения этой «бесконечности».

Конечно, вместо \( \displaystyle n\) можно писать любую другую букву, только не забывай добавить в ответе: \( \displaystyle n\in Z\) – что означает, что \( \displaystyle n\) – есть любое целое число.

Теперь насчёт арксинуса и других «арок». Вообще, так записываются обратные тригонометрические функции и понимать, скажем, \( \displaystyle arcsin\alpha \) надо как «угол, синус которого равен \( \displaystyle \alpha \)«

Алгоритм вычисления арксинусов и других «арок»

Вот простой пример вычисления аркосинуса:

\( \displaystyle \arccos \left( \frac<\sqrt<3>> <2>\right)\)

\( \displaystyle \frac<\pi ><6>\) и \( \displaystyle \frac<\pi ><3>\).

Если «арка» берется от отрицательного числа?

Всё ли я сказал про «арки»? Почти что да! Остался вот какой момент.

Что делать, если «арка» берётся от отрицательного числа?

Лезть в таблицу – как бы не так! Для арок выполняются следующие формулы:

И внимание.

Чтобы запомнить, ориентируемся на обычные тригонометрические функции: грубо говоря, синус и тангенс мы смотрим на тригонометрической окружности по вертикальной оси, а косинус и котангенс – по горизонтальной.

Соответственно, для арксинуса и арктангенса выбираем две четверти по вертикали: первую и четвёртую (минусик выносится из аргумента и ставится перед функцией), а для арккосинуса и арккотангенса – по горизонтали: первую и вторую.

В первой и второй четвертях аргумент уже не может быть отрицательным, поэтому и получаются формулы не совсем похожими.

Ну всё, теперь мы можем приступать к решению простейших уравнений!

Решение 11-ти простейших тригонометрических уравнений

Уравнение 1. \( \displaystyle sin\left( x \right)=0,5\)

Запишу по определению:

Всё готово, осталось только упростить, посчитав значение арксинуса.

Источник