Một số phương trình lượng giác thường gặp
Định nghĩa
Phương trình bậc nhất đối với một hàm số lượng giác là phương trình có dạng
\(at + b = 0\) trong đó
\(a,b\) là các hằng số
\((a\ne 0)\) và
\(t\) là một hàm số lượng giác.
Phương trình có dạng:
\(\left[ \begin{gathered}
a\sin x + b = 0 \hfill \\
a\cos x + b = 0 \hfill \\
a\tan x + b = 0 \hfill \\
a\cot x + b = 0 \hfill \\
\end{gathered} \right.;\left( {a,b \in \mathbb{R},a \ne 0} \right)\)
|
Phương pháp Chuyển vế rồi chia hai vế phương trình cho a, ta đưa về phương trình lượng giác cơ bản. |
Ví dụ:
\(\sin x=\frac{-b}{a}, \cos x=\frac{-b}{a}\)
Ví dụ: Giải phương trình:
\(\sqrt 2 \sin \left( {x + \frac{\pi }{4}} \right) = 1\)
Hướng dẫn giải
\(\begin{matrix}
\sqrt 2 \sin \left( {x + \dfrac{\pi }{4}} \right) = 1 \hfill \\
\Leftrightarrow \sin \left( {x + \dfrac{\pi }{4}} \right) = \dfrac{1}{{\sqrt 2 }} \hfill \\
\Leftrightarrow \sin \left( {x + \dfrac{\pi }{4}} \right) = \sin \dfrac{\pi }{4} \hfill \\
\end{matrix}\)
\(\begin{matrix}
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x + \dfrac{\pi }{4} = \dfrac{\pi }{4} + k2\pi } \\
{x + \dfrac{\pi }{4} = \pi - \dfrac{\pi }{4} + k2\pi }
\end{array}} \right. \hfill \\
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = k2\pi } \\
{x = \dfrac{\pi }{2} + k2\pi }
\end{array}} \right.;\left( {k \in \mathbb{Z}} \right) \hfill \\
\end{matrix}\)
B. Phương trình bậc hai đối với hàm số lượng giác
Định nghĩa
Phương trình bậc hai đối với một hàm số lượng giác là phương trình có dạng:
\(a{{t}^{2}}+bt+c=0\)
trong đó
\(a, b,c\) là các hằng số
\((a\ne 0)\) và
\(t\) là một trong các hàm số lượng giác.
|
Phương pháp Đặt biểu thức lượng giác làm ẩn phụ và đặt điều kiện cho ẩn phụ (nếu có) rồi giải phương trình theo ẩn phụ này. Cuối cùng ta đưa về việc giải các phương trình lượng giác cơ bản. |
Ví dụ: Tính số vị trí biểu diễn các nghiệm của phương trình
\(2{\cos ^2}x + 5\cos x + 3 = 0\) trên đường tròn lượng giác.
Hướng dẫn giải
Đặt
\(\cos x = t;\left( { - 1 \leqslant t \leqslant 1} \right)\)
Phương trình trở thành:
\(\begin{matrix}
2{t^2} + 5t + 3 = 0 \hfill \\
\Leftrightarrow \left( {t + 1} \right)\left( {2t + 3} \right) = 0 \hfill \\
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{t + 1 = 0} \\
{2t + 3 = 0}
\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{t = - 1\left( {tm} \right)} \\
{t = - \dfrac{3}{2}\left( {ktm} \right)}
\end{array}} \right. \hfill \\
\end{matrix}\)
Với
\(t = - 1 \Rightarrow x = \pi + k2\pi ;\left( {k \in \mathbb{Z}} \right)\)
=> Có duy nhất một vị trí biểu diễn nghiệm của phương trình trên đường tròn lượng giác.
C. Phương trình bậc nhất đối với sinx, cosx
Định nghĩa
Phương trình bậc nhất đối với
\(\sin x\) và
\(\cos x\) có dạng:
\(a\sin x+b\cos x=c,\left( a\ne 0,b\ne 0 \right)\)
|
Phương pháp Chia cả 2 vế cho
Do
Khi đó phương trình trở thành
|
Chú ý
Phương trình bậc nhất đối với
\(\sin x\) và
\(\cos x\) có nghiệm khi
\({{c}^{2}}\le {{a}^{2}}+{{b}^{2}}\).
Ví dụ: Tính số nghiệm của phương trình
\(\sin 2x + \sqrt 3 \cos 2x = \sqrt 3\) trên khoảng
\(\left( {0;\frac{\pi }{2}} \right)\).
Hướng dẫn giải
Phương trình tương đương với
\(\begin{matrix}
\sin 2x + \sqrt 3 \cos 2x = \sqrt 3 \hfill \\
\Leftrightarrow \dfrac{1}{2}\sin 2x + \dfrac{{\sqrt 3 }}{2}\cos 2x = \dfrac{{\sqrt 3 }}{2} \hfill \\
\Leftrightarrow \cos \dfrac{\pi }{3}.\sin 2x + \sin \dfrac{\pi }{3}.\cos 2x = \dfrac{{\sqrt 3 }}{2} \hfill \\
\end{matrix}\)
\(\begin{matrix}
\Leftrightarrow \sin \left( {2x + \dfrac{\pi }{3}} \right) = \dfrac{{\sqrt 3 }}{2} \hfill \\
\Leftrightarrow \sin \left( {2x + \dfrac{\pi }{3}} \right) = \sin \dfrac{\pi }{3} \hfill \\
\end{matrix}\)
\(\begin{matrix}
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{2x + \dfrac{\pi }{3} = \dfrac{\pi }{3} + k2\pi } \\
{2x + \dfrac{\pi }{3} = \pi - \dfrac{\pi }{3} + k2\pi }
\end{array}} \right. \hfill \\
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = k\pi } \\
{x = \dfrac{\pi }{6} + k\pi }
\end{array}} \right.;\left( {k \in \mathbb{Z}} \right) \hfill \\
\end{matrix}\)
Với
\(0 < k\pi < \frac{\pi }{2} \Leftrightarrow 0 < k < \frac{1}{2}\) => Không có giá trị k thỏa mãn.
Với
\(0 < \frac{\pi }{6} + k\pi < \frac{\pi }{2} \Leftrightarrow - \frac{1}{6} < k < \frac{1}{2}\)
=>
\(k = 0 \Rightarrow x = \frac{\pi }{6}\)
Vậy phương trình có một nghiệm thuộc khoảng
\(\left( {0;\frac{\pi }{2}} \right)\).
D. Phương trình đẳng cấp bậc hai đối với sinx và cosx
Định nghĩa
Phương trình đẳng cấp bậc hai đối với
\(\sin x\) và
\(\cos x\) có dạng:
\(a.{{\sin }^{2}}x+b.\sin x\cos x+c.{{\cos }^{2}}x=d\)
|
Phương pháp Kiểm tra Khi
Đây là phương trình bậc hai đối với |
Đặc biệt
Phương trình dạng:
\(\begin{matrix}
a.{\sin ^2}x + b.\sin x\cos x + c.{\cos ^2}x = d.1 \hfill \\
\Leftrightarrow a.{\sin ^2}x + b.\sin x\cos x + c.{\cos ^2}x = d.\left( {{{\sin }^2}x + {{\cos }^2}x} \right) \hfill \\
\Leftrightarrow \left( {a - d} \right).{\sin ^2}x + b.\sin x\cos x + \left( {c - d} \right){\cos ^2}x = 0 \hfill \\
\end{matrix}\)
Ví dụ: Tìm tập nghiệm của phương trình:
\(2{\sin ^2}x + 3\sqrt 3 \sin x.\cos x - {\cos ^2}x = 2\)
Hướng dẫn giải
Phương trình đã cho tương đương:
\(\begin{matrix}
2{\sin ^2}x + 3\sqrt 3 \sin x.\cos x - {\cos ^2}x = 2 \hfill \\
\Leftrightarrow 2{\sin ^2}x + 3\sqrt 3 \sin x.\cos x - {\cos ^2}x = 2\left( {{{\sin }^2}x + {{\cos }^2}x} \right) \hfill \\
\Leftrightarrow 3\sqrt 3 \sin x.\cos x - 3{\cos ^2}x = 0 \hfill \\
\Leftrightarrow 3\cos x.\left( {\sqrt 3 \sin x - \cos x} \right) = 0 \hfill \\
\end{matrix}\)
\(\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{\cos x = 0} \\
{\sqrt 3 \sin x - \cos x = 0}
\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = \dfrac{\pi }{2} + k\pi } \\
{\sqrt 3 \sin x = \cos x}
\end{array}} \right.\)
\(\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = \dfrac{\pi }{2} + k\pi } \\
{\tan x = \dfrac{1}{{\sqrt 3 }} \Rightarrow x = \dfrac{\pi }{6} + k\pi }
\end{array}} \right.;\left( {k \in \mathbb{Z}} \right)\)
E. Phương trình đối xứng đối với sinx, cosx
Định nghĩa
Phương trình chứa
\(\sin x \pm \cos x\) và
\(\sin x.\cos x\) có dạng:
\(a.\left( {\sin x \pm \cos x} \right) + b.\sin x\cos x + c = 0,\left( {a,b \ne 0} \right)\)
|
Phương pháp Đặt Khi đó |
Ví dụ: Giải phương trình:
\(\sin x.\cos x + 2\left( {\sin x + \cos x} \right) = 2\)
Hướng dẫn giải
Đặt
\(t = \sin x + \cos x = \sqrt 2 \sin \left( {x + \frac{\pi }{4}} \right)\)
Điều kiện
\({t \in \left[ { - \sqrt 2 ;\sqrt 2 } \right]}\)
\(\begin{matrix}
{t^2} = {\sin ^2}x + {\cos ^2}x + 2\sin x.\cos x \hfill \\
\Leftrightarrow {t^2} = 1 + 2\sin x.\cos x \hfill \\
\Leftrightarrow \sin x.\cos x = \dfrac{{1 - {t^2}}}{2} \hfill \\
\end{matrix}\)
Phương trình ban đầu trở thành:
\(\begin{matrix}
\dfrac{{1 - {t^2}}}{2} + 2t = 2 \hfill \\
\Leftrightarrow {t^2} + 4t - 5 = 0 \hfill \\
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{t = 1\left( {tm} \right)} \\
{t = - 5\left( {ktm} \right)}
\end{array}} \right. \hfill \\
\end{matrix}\)
Với
\(t=1\) ta được:
\(\begin{matrix}
\sin \left( {x + \dfrac{\pi }{4}} \right) = \dfrac{1}{{\sqrt 2 }} \hfill \\
\Leftrightarrow \sin \left( {x + \dfrac{\pi }{4}} \right) = \sin \dfrac{\pi }{4} \hfill \\
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x + \dfrac{\pi }{4} = \dfrac{\pi }{4} + k2\pi } \\
{x + \dfrac{\pi }{4} = \pi - \dfrac{\pi }{4} + k2\pi }
\end{array}} \right. \hfill \\
\Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}
{x = k2\pi } \\
{x = \dfrac{\pi }{2} + k2\pi }
\end{array}} \right.;\left( {k \in \mathbb{Z}} \right) \hfill \\
\end{matrix}\)