Задание 14 · Уравнение с отбором корней
14.7. Тригонометрические уравнения, разложение на множители
Для репетитора: показать ответы
1. Идея метода
Если одна часть уравнения равна нулю, а другую удаётся разложить на множители, то уравнение \(A(x)\cdot B(x)=0\) распадается на совокупность: \(A(x)=0\) или \(B(x)=0\). Каждое простейшее уравнение решают отдельно, а множества решений объединяют. Особенно часто приём работает, когда в уравнении есть слагаемые вида \(\cos nx\), \(\sin mx\) и их произведения.
При этом важны две вещи: никогда не сокращайте обе части на общий множитель, содержащий неизвестную (например, на \(\sin x\)): корни, при которых он равен нулю, будут потеряны. Нужно выносить множитель и приравнивать к нулю.
2. Способы получить произведение
Вынесение общего множителя и группировка
Например, уравнение \(2\cos2x\sin x-\sqrt3\sin x+2\cos2x-\sqrt3=0\) группируется как \(\sin x\,(2\cos2x-\sqrt3)+(2\cos2x-\sqrt3)=0\), то есть \((\sin x+1)(2\cos2x-\sqrt3)=0\). Остаётся \(\sin x=-1\) или \(\cos2x=\dfrac{\sqrt3}{2}\).
Формулы двойного угла
Если есть \(\sin2x=2\sin x\cos x\), общий множитель \(\sin x\) или \(\cos x\) часто выносится: \(\cos x\,(2\sin x-1)=0\Rightarrow\cos x=0\) или \(\sin x=\dfrac12\).
Формулы суммы и разности
Суммы и разности синусов и косинусов превращают в произведения:
- \(\sin\alpha+\sin\beta=2\sin\dfrac{\alpha+\beta}{2}\cos\dfrac{\alpha-\beta}{2}\)
- \(\sin\alpha-\sin\beta=2\sin\dfrac{\alpha-\beta}{2}\cos\dfrac{\alpha+\beta}{2}\)
- \(\cos\alpha+\cos\beta=2\cos\dfrac{\alpha+\beta}{2}\cos\dfrac{\alpha-\beta}{2}\)
- \(\cos\alpha-\cos\beta=-2\sin\dfrac{\alpha+\beta}{2}\sin\dfrac{\alpha-\beta}{2}\)
Например, \(\cos x+\cos3x=0\Rightarrow2\cos2x\cos x=0\Rightarrow\cos2x=0\) или \(\cos x=0\). Выражения вида \(\sin\alpha\pm\cos\beta\) сначала приводят к одной функции по формулам приведения, например \(\cos\beta=\sin\!\left(\dfrac\pi2-\beta\right)\).
Произведение в сумму
Обратные формулы помогают, когда нужно упростить произведение:
- \(\sin\alpha\cos\beta=\dfrac12\left[\sin(\alpha-\beta)+\sin(\alpha+\beta)\right]\)
- \(\cos\alpha\cos\beta=\dfrac12\left[\cos(\alpha-\beta)+\cos(\alpha+\beta)\right]\)
- \(\sin\alpha\sin\beta=\dfrac12\left[\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)\right]\)
Тригонометрические формулы сокращённого умножения
- \((\sin x\pm\cos x)^2=1\pm\sin2x\)
- \(\cos^2x-\sin^2x=\cos2x\)
- \(\sin^3x\pm\cos^3x=(\sin x\pm\cos x)(1\mp\sin x\cos x)\)
- \((\sin x\pm\cos x)^3=(\sin x\pm\cos x)(1\pm\sin2x)\)
Многочлен от тригонометрической функции
Если после замены \(t=\sin x\) (или \(\cos x\), \(\operatorname{tg}x\)) получается кубическое уравнение, его раскладывают на множители подбором корня и делением; корни вне \([-1;1]\) для синуса и косинуса отбрасывают. Например, \(6t^3-11t^2+t+4=(t-1)(2t+1)(3t-4)\), и \(t=\dfrac43\) не подходит.
3. Алгоритм
- Перенести всё в одну часть, чтобы справа был ноль.
- Привести к одному аргументу (формулы приведения, двойной угол), если нужно.
- Разложить левую часть на множители: общий множитель, группировка, формулы суммы и разности.
- Приравнять каждый множитель к нулю и решить простейшие уравнения.
- Проверить ОДЗ (знаменатели, \(\operatorname{tg}\), корни, логарифмы) и объединить серии.
4. Отбор корней
- Для каждой серии решите двойное неравенство относительно целого параметра либо отметьте точки серии на тригонометрической окружности.
- Серии, получившиеся из разных множителей, могут частично совпадать или «лежать» одна в другой: на окружности это хорошо видно. Не записывайте один и тот же корень дважды.
- Проверяйте каждую серию целиком и все целые значения параметра; следите за границами отрезка.
- Сокращать на общий множитель вроде \(\sin x\) — теряются корни.
- Не проверить ОДЗ: корни одного множителя могут не входить в ОДЗ всего уравнения.
- Неверный знак в формулах приведения и в формуле \(\cos\alpha-\cos\beta\).
Разобранные примеры
Пример 1
а) Решите уравнение
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку
Решение
а) Преобразуем уравнение:
б) Корни, принадлежащие отрезку найдём, пользуясь единичной окружностью. Получаем:
Ответ: а) б)
Пример 2
а) Решите уравнение
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку
Решение
а) Применим формулу приведения, разложим на множители:
б) Отберем корни при помощи единичной тригонометрической окружности (см. рис.). Отрезку удовлетворяют корни:
Ответ: а) б)
- «Методы решения уравнений для ЕГЭ: шпаргалка по тригонометрии», Школково (shkolkovo.online)
- «Тригонометрия: теория» (конспект по тригонометрии для ЕГЭ), Школково (shkolkovo.online)
- «Тригонометрические уравнения», Большая российская энциклопедия (bigenc.ru)
- «Тригонометрические уравнения» (конспект лекции), учебный материал колледжа, 2026
- «Отбор корней в тригонометрических уравнениях», лекция, uoirbitmo.ru
- 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
- Д24
- Д25