Рассмотрите тригонометрическое уравнение sin(2x) = 2 sin x для x в R. Проанализируйте множество решений, укажите все корни и объясните, при каких манипуляциях с тригонометрическими тождествами можно потерять или добавить решения
Решение. Используем тождество sin(2x)=2sinxcosx\sin(2x)=2\sin x\cos xsin(2x)=2sinxcosx. Тогда уравнение эквивалентно 2sinx(cosx−1)=0.
2\sin x(\cos x-1)=0. 2sinx(cosx−1)=0.
Следовательно либо sinx=0\sin x=0sinx=0, либо cosx=1\cos x=1cosx=1. Получаем корни sinx=0 ⟹ x=kπ,cosx=1 ⟹ x=2kπ(k∈Z).
\sin x=0\implies x=k\pi,\qquad \cos x=1\implies x=2k\pi\quad(k\in\mathbb Z). sinx=0⟹x=kπ,cosx=1⟹x=2kπ(k∈Z).
Так как x=2kπx=2k\pix=2kπ уже входит в x=kπx=k\pix=kπ, то полное множество решений равно x=kπ,k∈Z.
x=k\pi,\quad k\in\mathbb Z. x=kπ,k∈Z. Осторожность при алгебраических манипуляциях: - Деление на выражение, которое может быть нулём, приводит к потере решений. Например, деля исходное уравнение на 2sinx2\sin x2sinx (то есть предполагая sinx≠0\sin x\neq0sinx=0), получают cosx=1\cos x=1cosx=1 и теряют решения с sinx=0\sin x=0sinx=0 (четные и нечётные кратные π\piπ). - Деление на cosx−1\cos x-1cosx−1 потеряет решения с cosx=1\cos x=1cosx=1. - Переход к тангенсу (деление на cosx\cos xcosx) не допускается при cosx=0\cos x=0cosx=0. - Возведение в квадрат может добавить посторонние корни, поэтому после таких преобразований надо проверять кандидатов в исходном уравнении. Итого: все корни — x=kπ, k∈Z\displaystyle x=k\pi,\ k\in\mathbb Zx=kπ,k∈Z.
Используем тождество sin(2x)=2sinxcosx\sin(2x)=2\sin x\cos xsin(2x)=2sinxcosx. Тогда уравнение эквивалентно
2sinx(cosx−1)=0. 2\sin x(\cos x-1)=0.
2sinx(cosx−1)=0. Следовательно либо sinx=0\sin x=0sinx=0, либо cosx=1\cos x=1cosx=1. Получаем корни
sinx=0 ⟹ x=kπ,cosx=1 ⟹ x=2kπ(k∈Z). \sin x=0\implies x=k\pi,\qquad \cos x=1\implies x=2k\pi\quad(k\in\mathbb Z).
sinx=0⟹x=kπ,cosx=1⟹x=2kπ(k∈Z). Так как x=2kπx=2k\pix=2kπ уже входит в x=kπx=k\pix=kπ, то полное множество решений равно
x=kπ,k∈Z. x=k\pi,\quad k\in\mathbb Z.
x=kπ,k∈Z.
Осторожность при алгебраических манипуляциях:
- Деление на выражение, которое может быть нулём, приводит к потере решений. Например, деля исходное уравнение на 2sinx2\sin x2sinx (то есть предполагая sinx≠0\sin x\neq0sinx=0), получают cosx=1\cos x=1cosx=1 и теряют решения с sinx=0\sin x=0sinx=0 (четные и нечётные кратные π\piπ).
- Деление на cosx−1\cos x-1cosx−1 потеряет решения с cosx=1\cos x=1cosx=1.
- Переход к тангенсу (деление на cosx\cos xcosx) не допускается при cosx=0\cos x=0cosx=0.
- Возведение в квадрат может добавить посторонние корни, поэтому после таких преобразований надо проверять кандидатов в исходном уравнении.
Итого: все корни — x=kπ, k∈Z\displaystyle x=k\pi,\ k\in\mathbb Zx=kπ, k∈Z.