Решите уравнение sin(2x) = 2 sin x на множестве всех действительных x. Объясните, какие алгебраические преобразования допустимы на каждом шаге, где можно потерять решения при делении, и как корректно учесть периодичность тригонометрических функций
Используем тождество sin(2x)=2sinxcosx\sin(2x)=2\sin x\cos xsin(2x)=2sinxcosx. Тогда уравнение превращается в 2sinxcosx=2sinx.
2\sin x\cos x=2\sin x. 2sinxcosx=2sinx.
Переносим всё в одну сторону и выносим общий множитель: 2sinx(cosx−1)=0.
2\sin x(\cos x-1)=0. 2sinx(cosx−1)=0.
Так как произведение равно нулю, то по правилу "произведение равно нулю тогда и только тогда, когда хотя бы один множитель равен нулю" имеем два случая: 1) sinx=0\sin x=0sinx=0. Общий вид решений: x=kπ, k∈Zx=k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=kπ,k∈Z. 2) cosx−1=0\cos x-1=0cosx−1=0, т.е. cosx=1\cos x=1cosx=1. Общий вид решений: x=2kπ, k∈Zx=2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=2kπ,k∈Z. Объединение этих множеств даёт x=kπ, k∈Zx=k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=kπ,k∈Z (поскольку x=2kπx=2k\pix=2kπ — часть решений sinx=0\sin x=0sinx=0). Комментарий по допустимым преобразованиям и потере решений: деление на выражение, которое может обращаться в ноль, запрещено. Например, если бы мы сразу разделили обе части исходного уравнения на 2sinx2\sin x2sinx, то получили бы cosx=1\cos x=1cosx=1 и потеряли бы решения с sinx=0\sin x=0sinx=0 (то есть пункты x=(2k+1)πx=(2k+1)\pix=(2k+1)π). При факторизации и разложении в произведение потерь не происходит. Периодичность функций учтена в общих видах решений через добавление kπk\pikπ или 2kπ2k\pi2kπ, k∈Zk\in\mathbb{Z}k∈Z.
2sinxcosx=2sinx. 2\sin x\cos x=2\sin x.
2sinxcosx=2sinx. Переносим всё в одну сторону и выносим общий множитель:
2sinx(cosx−1)=0. 2\sin x(\cos x-1)=0.
2sinx(cosx−1)=0. Так как произведение равно нулю, то по правилу "произведение равно нулю тогда и только тогда, когда хотя бы один множитель равен нулю" имеем два случая:
1) sinx=0\sin x=0sinx=0. Общий вид решений: x=kπ, k∈Zx=k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=kπ,k∈Z.
2) cosx−1=0\cos x-1=0cosx−1=0, т.е. cosx=1\cos x=1cosx=1. Общий вид решений: x=2kπ, k∈Zx=2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=2kπ,k∈Z.
Объединение этих множеств даёт x=kπ, k∈Zx=k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=kπ,k∈Z (поскольку x=2kπx=2k\pix=2kπ — часть решений sinx=0\sin x=0sinx=0).
Комментарий по допустимым преобразованиям и потере решений: деление на выражение, которое может обращаться в ноль, запрещено. Например, если бы мы сразу разделили обе части исходного уравнения на 2sinx2\sin x2sinx, то получили бы cosx=1\cos x=1cosx=1 и потеряли бы решения с sinx=0\sin x=0sinx=0 (то есть пункты x=(2k+1)πx=(2k+1)\pix=(2k+1)π). При факторизации и разложении в произведение потерь не происходит. Периодичность функций учтена в общих видах решений через добавление kπk\pikπ или 2kπ2k\pi2kπ, k∈Zk\in\mathbb{Z}k∈Z.