Тригонометрические уравнения и неравенства с параметрами Часть 1: Часть 2

Математика, 10 класс

Пример 8.3. Условие При каких значениях a уравнение имеет ровно одно решение на промежутке x \in [0; 2\pi) : \cos 2x + 2 \cos x - 2a^2 - 2a + 1 = 0. Решение Преобразуем уравнение, сведя его к квадратн...

Видео

Конспект

Пример 8.3.

Условие

При каких значениях a уравнение имеет ровно одно решение на промежутке x \in [0; 2\pi) : \cos 2x + 2 \cos x - 2a^2 - 2a + 1 = 0.

Решение

Преобразуем уравнение, сведя его к квадратному относительно \cos x : 2\cos^2 x - 1 + 2 \cos x - 2a^2 - 2a + 1 = 0, \cos^2 x + \cos x - a^2 - a = 0. Отсюда \cos x = \frac{- 1 \pm \sqrt{1 + 4a^2 + 4a}}{2} = \frac{- 1 \pm (2a + 1)}{2}

\Longleftrightarrow

\left[\begin{array}{l}

\cos x = - a - 1, \\

\cos x = - a.

\end{array} \right. Для того, чтобы исходное уравнение на промежутке [0; 2\pi) имело ровно один корень, нужно, чтобы один из корней уравнения относительно \cos x был равен 1 или - 1 (это обеспечит одно решение), а другой был по модулю больше 1 (это обеспечит отсутствие других решений). Рассмотрим два случая.

1. \left\{\begin{array}{l}

\left[\begin{array}{l}

- a - 1 = 1, \\

- a - 1 = - 1, \\

\end{array} \right.\\

|a| > 1, \vphantom{A^T}\\

\end{array} \right.

\Longleftrightarrow

\left\{\begin{array}{l}

\left[\begin{array}{l}

a = - 2, \\

a = 0, \\

\end{array} \right.\\

|a| > 1, \vphantom{A^T}\\

\end{array} \right.

\Longleftrightarrow

a = - 2.

2. \left\{\begin{array}{l}

\left[\begin{array}{l}

a = 1, \\

a = - 1, \\

\end{array} \right.\\

|a + 1| > 1, \vphantom{A^T}\\

\end{array} \right.

\Longleftrightarrow

a = 1.

Ответ a = - 2, \quad 1 .

Задача 8.4.

Условие

При каких значениях a уравнение имеет ровно одно решение на промежутке x \in [0; 2\pi) : \cos 2x + 2 \sin x + 2a^2 + 2a - 1 = 0.

Решение

Преобразуем уравнение, сведя его к квадратному относительно \sin x : 1-2\sin^2 x + 2 \sin x + 2a^2 +2a - 1 = 0\Longleftrightarrow \sin^2 x + \sin x - a^2 - a = 0. Для того, чтобы исходное уравнение на промежутке [0; 2\pi) имело ровно один корень, нужно, чтобы один из корней уравнения относительно \sin x был равен 1 или - 1 (это обеспечит одно решение), а другой был по модулю больше 1 (это обеспечит отсутствие других решений). Рассмотрим два случая.

1. \left\{\begin{array}{l}

\left[\begin{array}{l}

- a - 1 = 1, \\

- a - 1 = - 1, \\

\end{array} \right.\\

|a| > 1, \vphantom{A^T}\\

\end{array} \right.

\Longleftrightarrow

\left\{\begin{array}{l}

\left[\begin{array}{l}

a = - 2, \\

a = 0, \\

\end{array} \right.\\

|a| > 1, \vphantom{A^T}\\

\end{array} \right.

\Longleftrightarrow

a = - 2.

2. \left\{\begin{array}{l}

\left[\begin{array}{l}

a = 1, \\

a = - 1, \\

\end{array} \right.\\

|a + 1| > 1, \vphantom{A^T}\\

\end{array} \right.

\Longleftrightarrow

a = 1.

Ответ a =- 2, \quad 1 .

Во многих задачах перед исследованием решения в зависимости от параметра необходимо сделать преобразования с использованием тригонометрических формул.

Пример 8.5.

Условие

Для каждого значения a найдите все решения уравнения принадлежащие промежутку 3\pi / 2 \leq x \leq 5\pi / 2 : \cos 2x + 2\cos ^2(x + a) - 4 + \cos a = 0.

Решение

Преобразуя второе слагаемое по формуле косинуса двойного аргумента и используя формулу суммы косинусов, мы получаем простое выражение для тригонометрической функции неизвестной величины \cos

2x : \begin{array}{l}

\cos 2x + 2\cos ^2(x + a) - 4 + \cos a =

0 \Longleftrightarrow \\

\qquad \cos 2x + 1+\cos (2x + 2a) - 4 + \cos a = 0

\Longleftrightarrow \\

\qquad \cos 2x + \cos (2x + 2a) + \cos a = 3

\Longleftrightarrow

\left\{\begin{array}{l}

\cos 2x = 1, \\

\cos (2x + 2a) = 1, \\

\cos a = 1.

\end{array} \right.

\end{array} Сумма трех косинусов может равняться 3, только если каждый из них равен 1. Решения этой системы существуют при \cos a=1, то есть при a=2\pi n . При этих значениях a первые два уравнения системы дают \cos 2x=\cos (2x+4\pi n)=1 , откуда x=\pi k, где k \in

\mathbb{Z} . Важно не забыть учесть ограничения на область изменения переменной в условии задачи. Учитывая заданный промежуток изменения x , получаем ответ.

Ответ если a = 2\pi n, \quad n \in \mathbb{Z} , x = 2\pi ; при других a решений нет.

Открыть урок на ВОЛНА