Решите тригонометрическое уравнение sin x = 1/2: выпишите общее решение на множестве всех действительных чисел и решения на интервале [0, 2*pi); разберите типичные ошибок при учёте периодичности и объясните, почему важно правильно учитывать множители периода
Решение и комментарии. 1) Общее решение на множестве действительных чисел. Из sinx=12 \sin x=\tfrac12 sinx=21 опорный угол α=π6 \alpha=\tfrac{\pi}{6} α=6π. Синус положителен в I и II квадрантах, поэтому x=π6+2πkилиx=π−π6+2πk=5π6+2πk,k∈Z.
x=\frac{\pi}{6}+2\pi k \quad\text{или}\quad x=\pi-\frac{\pi}{6}+2\pi k=\frac{5\pi}{6}+2\pi k,\qquad k\in\mathbb{Z}. x=6π+2πkилиx=π−6π+2πk=65π+2πk,k∈Z.
Альтернативно однообозначенно: x=(−1)nπ6+nπ,n∈Z,
x=(-1)^n\frac{\pi}{6}+n\pi,\qquad n\in\mathbb{Z}, x=(−1)n6π+nπ,n∈Z,
что эквивалентно первому виду. 2) Решения на интервале [0,2π)[0,2\pi)[0,2π): x=π6,x=5π6.
x=\frac{\pi}{6},\quad x=\frac{5\pi}{6}. x=6π,x=65π. 3) Типичные ошибки при учёте периодичности и почему это важно: - Ошибка: брать период π \pi π вместо 2π 2\pi 2π и писать x=π6+kπx=\frac{\pi}{6}+k\pix=6π+kπ. Это неверно, потому что sin(x+π)=−sinx \sin(x+\pi)=-\sin x sin(x+π)=−sinx, следовательно период синуса равен 2π2\pi2π, а сдвиг на π \pi π меняет знак. - Ошибка: забыть второе решение в основном периоде (второй квадрант) и оставить только x=π6+2πkx=\frac{\pi}{6}+2\pi kx=6π+2πk. Тогда теряются решения вида 5π6+2πk \frac{5\pi}{6}+2\pi k 65π+2πk. - Ошибка: брать kkk только из натуральных чисел вместо k∈Zk\in\mathbb{Z}k∈Z, что даёт неполную семью решений. - Ошибка при использовании формы (−1)nα+nπ (-1)^n\alpha+n\pi (−1)nα+nπ: неверно указать множитель при nnn или неправильно интерпретировать чётность nnn. Правильный учёт периодичности необходим, чтобы получить все и только те значения xxx, при которых тождество выполняется; неверный множитель периода приводит либо к пропуску решений, либо к добавлению посторонних.
1) Общее решение на множестве действительных чисел. Из sinx=12 \sin x=\tfrac12 sinx=21 опорный угол α=π6 \alpha=\tfrac{\pi}{6} α=6π . Синус положителен в I и II квадрантах, поэтому
x=π6+2πkилиx=π−π6+2πk=5π6+2πk,k∈Z. x=\frac{\pi}{6}+2\pi k \quad\text{или}\quad x=\pi-\frac{\pi}{6}+2\pi k=\frac{5\pi}{6}+2\pi k,\qquad k\in\mathbb{Z}.
x=6π +2πkилиx=π−6π +2πk=65π +2πk,k∈Z. Альтернативно однообозначенно:
x=(−1)nπ6+nπ,n∈Z, x=(-1)^n\frac{\pi}{6}+n\pi,\qquad n\in\mathbb{Z},
x=(−1)n6π +nπ,n∈Z, что эквивалентно первому виду.
2) Решения на интервале [0,2π)[0,2\pi)[0,2π):
x=π6,x=5π6. x=\frac{\pi}{6},\quad x=\frac{5\pi}{6}.
x=6π ,x=65π .
3) Типичные ошибки при учёте периодичности и почему это важно:
- Ошибка: брать период π \pi π вместо 2π 2\pi 2π и писать x=π6+kπx=\frac{\pi}{6}+k\pix=6π +kπ. Это неверно, потому что sin(x+π)=−sinx \sin(x+\pi)=-\sin x sin(x+π)=−sinx, следовательно период синуса равен 2π2\pi2π, а сдвиг на π \pi π меняет знак.
- Ошибка: забыть второе решение в основном периоде (второй квадрант) и оставить только x=π6+2πkx=\frac{\pi}{6}+2\pi kx=6π +2πk. Тогда теряются решения вида 5π6+2πk \frac{5\pi}{6}+2\pi k 65π +2πk.
- Ошибка: брать kkk только из натуральных чисел вместо k∈Zk\in\mathbb{Z}k∈Z, что даёт неполную семью решений.
- Ошибка при использовании формы (−1)nα+nπ (-1)^n\alpha+n\pi (−1)nα+nπ: неверно указать множитель при nnn или неправильно интерпретировать чётность nnn.
Правильный учёт периодичности необходим, чтобы получить все и только те значения xxx, при которых тождество выполняется; неверный множитель периода приводит либо к пропуску решений, либо к добавлению посторонних.