Номер 18.7, страница 53, часть 2 - гдз по алгебре 10-11 класс задачник Мордкович, Семенов

Часть 2. Глава 3. Тригонометрические уравнения. §18. Решение тригонометрических уравнений - номер 18.7, страница 53.

Условие.

18.7 a) $6 \cos^2 x + \cos x - 1 = 0;$

б) $2 \cos^2 3x - 5 \cos 3x - 3 = 0;$

В) $2 \cos^2 x - \cos x - 3 = 0;$

Г) $2 \cos^2 \frac{x}{3} + 3 \cos \frac{x}{3} - 2 = 0.$

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 5.

Решение 6.

а) $6 \cos^2 x + \cos x - 1 = 0$

Это уравнение является квадратным относительно $\cos x$. Сделаем замену переменной. Пусть $t = \cos x$, при этом $|t| \le 1$.

Получим квадратное уравнение: $6t^2 + t - 1 = 0$.

Найдем дискриминант: $D = b^2 - 4ac = 1^2 - 4 \cdot 6 \cdot (-1) = 1 + 24 = 25$.

Найдем корни уравнения:

$t_1 = \frac{-b - \sqrt{D}}{2a} = \frac{-1 - 5}{2 \cdot 6} = \frac{-6}{12} = -\frac{1}{2}$

$t_2 = \frac{-b + \sqrt{D}}{2a} = \frac{-1 + 5}{2 \cdot 6} = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}$

Оба корня удовлетворяют условию $|t| \le 1$. Сделаем обратную замену:

1) $\cos x = -\frac{1}{2}$

$x = \pm \arccos(-\frac{1}{2}) + 2\pi k = \pm (\pi - \frac{\pi}{3}) + 2\pi k = \pm \frac{2\pi}{3} + 2\pi k$, где $k \in \mathbb{Z}$.

2) $\cos x = \frac{1}{3}$

$x = \pm \arccos(\frac{1}{3}) + 2\pi n$, где $n \in \mathbb{Z}$.

Ответ: $x = \pm \frac{2\pi}{3} + 2\pi k, k \in \mathbb{Z}$; $x = \pm \arccos(\frac{1}{3}) + 2\pi n, n \in \mathbb{Z}$.

б) $2 \cos^2 3x - 5 \cos 3x - 3 = 0$

Сделаем замену переменной. Пусть $t = \cos 3x$, при этом $|t| \le 1$.

Получим квадратное уравнение: $2t^2 - 5t - 3 = 0$.

Найдем дискриминант: $D = b^2 - 4ac = (-5)^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-3) = 25 + 24 = 49$.

Найдем корни уравнения:

$t_1 = \frac{-b - \sqrt{D}}{2a} = \frac{5 - 7}{2 \cdot 2} = \frac{-2}{4} = -\frac{1}{2}$

$t_2 = \frac{-b + \sqrt{D}}{2a} = \frac{5 + 7}{2 \cdot 2} = \frac{12}{4} = 3$

Корень $t_2 = 3$ не удовлетворяет условию $|t| \le 1$, поэтому он является посторонним.

Сделаем обратную замену для $t_1 = -\frac{1}{2}$:

$\cos 3x = -\frac{1}{2}$

$3x = \pm \arccos(-\frac{1}{2}) + 2\pi k = \pm \frac{2\pi}{3} + 2\pi k$, где $k \in \mathbb{Z}$.

Разделим обе части на 3, чтобы найти $x$:

$x = \pm \frac{2\pi}{9} + \frac{2\pi k}{3}$, где $k \in \mathbb{Z}$.

Ответ: $x = \pm \frac{2\pi}{9} + \frac{2\pi k}{3}, k \in \mathbb{Z}$.

в) $2 \cos^2 x - \cos x - 3 = 0$

Сделаем замену переменной. Пусть $t = \cos x$, при этом $|t| \le 1$.

Получим квадратное уравнение: $2t^2 - t - 3 = 0$.

Найдем дискриминант: $D = b^2 - 4ac = (-1)^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-3) = 1 + 24 = 25$.

Найдем корни уравнения:

$t_1 = \frac{-b - \sqrt{D}}{2a} = \frac{1 - 5}{2 \cdot 2} = \frac{-4}{4} = -1$

$t_2 = \frac{-b + \sqrt{D}}{2a} = \frac{1 + 5}{2 \cdot 2} = \frac{6}{4} = \frac{3}{2}$

Корень $t_2 = \frac{3}{2} = 1.5$ не удовлетворяет условию $|t| \le 1$, поэтому он является посторонним.

Сделаем обратную замену для $t_1 = -1$:

$\cos x = -1$

Это частный случай, решение которого: $x = \pi + 2\pi k$, где $k \in \mathbb{Z}$.

Ответ: $x = \pi + 2\pi k, k \in \mathbb{Z}$.

г) $2 \cos^2 \frac{x}{3} + 3 \cos \frac{x}{3} - 2 = 0$

Сделаем замену переменной. Пусть $t = \cos \frac{x}{3}$, при этом $|t| \le 1$.

Получим квадратное уравнение: $2t^2 + 3t - 2 = 0$.

Найдем дискриминант: $D = b^2 - 4ac = 3^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-2) = 9 + 16 = 25$.

Найдем корни уравнения:

$t_1 = \frac{-b - \sqrt{D}}{2a} = \frac{-3 - 5}{2 \cdot 2} = \frac{-8}{4} = -2$

$t_2 = \frac{-b + \sqrt{D}}{2a} = \frac{-3 + 5}{2 \cdot 2} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$

Корень $t_1 = -2$ не удовлетворяет условию $|t| \le 1$, поэтому он является посторонним.

Сделаем обратную замену для $t_2 = \frac{1}{2}$:

$\cos \frac{x}{3} = \frac{1}{2}$

$\frac{x}{3} = \pm \arccos(\frac{1}{2}) + 2\pi k = \pm \frac{\pi}{3} + 2\pi k$, где $k \in \mathbb{Z}$.

Умножим обе части на 3, чтобы найти $x$:

$x = 3 \left(\pm \frac{\pi}{3} + 2\pi k\right) = \pm \pi + 6\pi k$, где $k \in \mathbb{Z}$.

Ответ: $x = \pm \pi + 6\pi k, k \in \mathbb{Z}$.