Задание 14 · Уравнение с отбором корней
14.10. Тригонометрия и иррациональности
Для репетитора: показать ответы
1. Что это за уравнения
Здесь под знаком корня стоит тригонометрическое выражение, например \(\sqrt{\sin x}\), \(\sqrt{2\cos x+1}\), или тригонометрическая функция входит в обе части иррационального уравнения. Для решения нужны сразу две теории: иррациональные уравнения (ОДЗ, равносильные переходы) и тригонометрические уравнения (серии корней, отбор на окружности).
2. Корень и ОДЗ
- Корень чётной степени существует, если подкоренное выражение неотрицательно: для \(\sqrt{f(x)}\) нужно \(f(x)\ge0\). Значение корня тоже неотрицательно.
- Корень нечётной степени определён при любом подкоренном выражении.
- Знаменатели не равны нулю; \(\operatorname{tg}x\) определён при \(\cos x\ne0\), \(\operatorname{ctg}x\) — при \(\sin x\ne0\).
- \(\sqrt[n]{a^n}=|a|\) при чётном \(n\): например, \(\sqrt{\sin^2x}=|\sin x|\), а не \(\sin x\).
3. Равносильные переходы
| Уравнение | Равносильная система |
|---|---|
| \(\sqrt{f(x)}=g(x)\) | \(g(x)\ge0\) и \(f(x)=g^2(x)\) |
| \(\sqrt[n]{f(x)}=g(x)\), \(n\) чётное | \(g(x)\ge0\) и \(f(x)=g^n(x)\) |
| \(\sqrt[n]{f(x)}=g(x)\), \(n\) нечётное | \(f(x)=g^n(x)\) |
Когда \(f\) и \(g\) тригонометрические, условие \(g(x)\ge0\) — это тригонометрическое неравенство, например \(\cos x\ge0\) или \(\sin x>\dfrac12\). Его решают на тригонометрической окружности: отмечают значение на линии синусов (косинусов, тангенсов, котангенсов), выделяют дугу, находят граничные точки и добавляют период.
Возведение обеих частей в чётную степень без условия \(g(x)\ge0\) может дать посторонние корни, поэтому их отсекают либо условием, либо подстановкой найденных серий в исходное уравнение.
4. Типовая схема
- Записать ОДЗ: подкоренное выражение \(\ge0\), знаменатели \(\ne0\), ограничения для \(\operatorname{tg}\), \(\operatorname{ctg}\).
- Если уравнение имеет вид \(A(x)\cdot\sqrt{B(x)}=0\), оно распадается на совокупность \(A(x)=0\) и \(\sqrt{B(x)}=0\); корни \(A(x)=0\) обязаны удовлетворять ОДЗ — условию \(B(x)\ge0\).
- Если корень стоит отдельно, уединить его и возвести в квадрат, записав условие неотрицательности правой части; либо сделать замену \(t=\sqrt{\dots}\), \(t\ge0\).
- Решить получившееся тригонометрическое уравнение (квадратное, однородное, разложение на множители).
- Исключить посторонние серии: проверить условие \(g(x)\ge0\) и ОДЗ на окружности или подстановкой.
5. Отбор корней
Корни проверяют по ограничениям и по отрезку одновременно. Основные способы:
- Окружность. Отметьте серии корней, дугу ОДЗ (где подкоренное выражение неотрицательно) и отрезок из условия. Подходят точки, которые лежат и на допустимой дуге, и на выделенной дуге отрезка.
- Подстановка. Подставьте корни в ограничение: так, из серий \(x=\pm\dfrac\pi3+2\pi k\) условие \(\sin x+\cos x>0\) оставляет только \(x=\dfrac\pi3+2\pi k\).
- Двойное неравенство. Для серий \(x=x_0+Tk\) и отрезка \([a;b]\) решите \(a\le x_0+Tk\le b\) относительно целого \(k\).
- Отбор неравенством. Найденные корни проверяют на выполнение заданного явно или неявно неравенства (например, \(g(x)\ge0\)).
Проверяйте каждую серию и все целые значения параметра, не останавливаясь на первом подходящем корне.
- Возведение в квадрат без проверки: появляются посторонние корни.
- Пропуск условия подкоренного выражения \(\ge0\) для корней, найденных из другого множителя.
- Ошибки в знаках при отборе серий по неравенству на окружности.
Разобранные примеры
Пример 1
а) Решите уравнение
б) Найдите все его корни, принадлежащие отрезку
Решение
а) Имеем:
б) С помощью числовой окружности отберём корни, принадлежащие отрезку Получим корни (см. рис.):
Ответ: а) б)
Пример 2
а) Решите уравнение
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку
Решение
а) Преобразуем уравнение:
б) Отберём корни при помощи единичной окружности. Получим
Ответ: а) б)
- «Решение иррациональных уравнений. Подготовка к ЕГЭ», урок для 11 класса, infourok.ru
- «Методические рекомендации по изучению темы “Иррациональные уравнения”», naurok.com.ua
- «Отбор корней в тригонометрических уравнениях», статья, Казанский федеральный университет (kpfu.ru)
- «Отбор корней в тригонометрических уравнениях», лекция, uoirbitmo.ru
- «Тригонометрия: теория» (конспект по тригонометрии для ЕГЭ), Школково (shkolkovo.online)
- Методические материалы для предметных комиссий субъектов РФ по проверке заданий ЕГЭ с развёрнутым ответом, математика, ФИПИ, 2024
- У1
- У2
- У3
- У4
- У5
- У6
- У7
- У8
- У9
- У10
- У11
- У12
- У13
- У14
- У15
- У16
- У17
- У18
- У19
- У20
- У21
- У22
- У23
- У24
- У25
- Д1
- Д2
- Д3
- Д4
- Д5
- Д6
- Д7
- Д8
- Д9
- Д10
- Д11
- Д12
- Д13
- Д14
- Д15
- Д16
- Д17
- Д18
- Д19
- Д20
- Д21
- Д22
- Д23
Решите уравнение
- Д24
- Д25