Тригонометрические уравнения с понижением степени примеры

Тригонометрические формулы обладают рядом свойств, одно из которых это применение формул понижения степени. Они способствуют упрощению выражений при помощи уменьшения степени.

Формулы понижения работают по принципу выражения степени синуса и косинуса через синус и косинус первой степени, но кратного угла. При упрощении формула становится удобной для вычислений, причем повышается кратность угла от α до n α .

Видео:10 класс, 27 урок, Формулы двойного аргумента. Формулы понижения степениСкачать

Формулы понижения степени, их доказательство

Ниже приводится таблица формул понижения степени со 2 по 4 для sin и cos угла. После ознакомления с ними зададим общую формулу для всех степеней.

sin 2 α = 1 — cos 2 α 2 cos 2 α = 1 + cos 2 α 2 sin 3 = 3 · sin α — sin 3 α 4 sin 4 = 3 — 4 · cos 2 α + cos 4 α 8 cos 4 α = 3 + 4 · cos 2 α + cos 4 α 8

Данные формулы предназначены для понижения степени.

Существует формулы двойного угла у косинуса и синуса, из которых и следуют формулы понижения степени cos 2 α = 1 — 2 · sin 2 α и cos 2 α = 2 · cos 2 α — 1 . Равенства разрешаются относительно квадрата синуса и косинуса, которые предоставляются как sin 2 α = 1 — cos 2 α 2 и cos 2 α = 1 + cos 2 α 2 .

Формулы понижения степеней тригонометрических функций перекликаются с формулами синуса и косинуса половинного угла.

Имеет место применение формулы тройного угла sin 3 α = 3 · sin α — 4 · sin 3 α и cos 3 α = — 3 · cos α + 4 · cos 3 α .

Если решать равенство относительно синуса и косинуса в кубе, получим формулы понижения степеней для синуса и косинуса:

sin 3 α = 3 — 4 · cos 2 α + cos 4 α 8 и cos 3 α = 3 · cos α + cos 3 α 4 .

Формулы четвертой степени тригонометрических функций выглядят так: sin 4 α = 3 — 4 · cos 2 α + cos 4 α 8 и cos 4 α = 3 + 4 · cos 2 α + cos 4 α 8 .

Чтобы понизить степени эти выражений, можно действовать в 2 этапа, то есть дважды понижать, тогда это выглядит таким образом:

sin 4 α = ( sin 2 α ) 2 = ( 1 — cos 2 α 2 ) 2 = 1 — 2 · cos 2 α + cos 2 2 α 4 = = 1 — 2 · cos 2 α + 1 + cos 4 α 2 4 = 3 — 4 · cos 2 α + cos 4 α 8 ; cos 4 α = ( cos 2 α ) 2 = ( 1 + cos 2 α 2 ) 2 = 1 + 2 · cos 2 α + cos 2 2 α 4 = = = 1 + 2 · cos 2 α + 1 + cos 4 α 2 4 = 3 + 4 · cos 2 α + cos 4 α 8

Методом подстановки мы упростили сложное выражение. Для того, чтобы записать общий вид формул понижения степени разделим их на с наличием четных и нечетных показателей. Четные показатели, где n = 2 , 4 , 6 … , выражение имеет вид sin n α = C n 2 n 2 n + 1 2 n — 1 · ∑ ( — 1 ) n 2 — k k = 0 n 2 — 1 · C k n · cos ( ( n — 2 · k ) α ) и cos n α = C n 2 n 2 n + 1 2 n — 1 ∑ ( — 1 ) n 2 — k k = 0 n 2 — 1 · C k n · cos ( ( n — 2 · k ) α ) .

Нечетные показатели, где n = 3 , 5 , 7 …, выражение имеет вид

sin n α = 1 2 n — 1 · ∑ ( — 1 ) n — 1 2 — k k = 0 n — 1 2 · C k n · cos ( ( n — 2 · k ) α ) и cos n α = 1 2 n — 1 ∑ ( — 1 ) n — 1 2 — k k = 0 n — 1 2 · C k n · cos ( ( n — 2 · k ) α ) .

C p q = p ! q ! · ( p — q ) ! — это число сочетаний из p элементов по q .

Формулы понижения степени общего вида используются на любого выражения с высокой степенью для его упрощения. Рассмотрим пример для понижения кубического синуса. Третья степень нечетная, значит воспользуемся формулой sin n α = 1 2 n — 1 · ∑ ( — 1 ) n — 2 2 — k k = 0 n — 1 2 — k · C k n · sin ( ( n — 2 · k ) α ) где значение n присвоим 3 . Подставляя n = 3 в выражение, получим

sin 3 α = 1 2 3 — 1 · ∑ ( — 1 ) 3 — 1 2 — k k = 0 3 — 1 2 — k · C k 3 · sin ( ( 3 — 2 · k ) α ) = = 1 4 · ∑ ( — 1 ) 1 — k k = 0 1 · C k 3 · sin ( ( 3 — 2 · k ) α ) = = 1 4 · ( ( — 1 ) 1 — 0 · C 0 3 · sin ( ( 3 — 2 · 0 ) α ) + ( 1 ) 1 — 1 · C 1 3 · sin ( ( 3 — 2 · 1 ) α ) ) = = 1 4 · ( ( — 1 ) 1 · 3 ! 0 ! · 3 ! · sin 3 α + ( — 1 ) 0 · 3 ! 1 ! · ( 3 — 1 ) ! · sin α ) = = 1 4 · ( — sin 3 α + 3 · sin α ) = 3 · sin α — sin 3 α 4

Видео:10 класс, 23 урок, Методы решения тригонометрических уравненийСкачать

Примеры применения формул понижения степени

Чтобы закрепить материал, необходимо детально разобрать его на примерах с использованием формулы понижения степени. Таким образом будет понятен принцип решения, подстановка и весь алгоритм.

Справедлива ли формула вида cos 4 α = 3 + 4 · cos 2 α + cos 4 α 8 при α = α 6 .

Для того, чтобы данная формула прошла проверку на возможность понижения степени с заданным значением угла α , необходимо посчитать левую и правую стороны. По условию имеем, что α = π 6 , тогда 2 α = π 3 , следовательно 4 α = 2 π 3 .

По таблице тригонометрических функций имеем, что cos α = cos π 6 = 3 2 , тогда cos 2 α = cos π 3 = 1 2 .

Для подробного уяснения необходимо проштудировать статью значения синуса, косинуса, тангенса и котангенса. Подставляя в формулу, получим cos 4 α = ( cos π 6 ) 4 = ( 3 2 ) 4 = 9 16 и 3 + 4 cos 2 α + cos 4 α 8 = 3 + 4 cos π 3 + cos 2 π 3 8 = 3 + 4 · 1 2 + ( — 1 2 ) 8 = 9 16

Отсюда видим, что левая и правая части равенства верны при α = π 6 , значит, выражение справедливо при значении заданного угла. Если угол отличен от α , формула понижения степени одинаково применима.

При помощи формулы понижения степени преобразовать выражение sin 3 2 β 5 .

Кубический синус для угла α имеет формулу вида sin 3 α = 3 · sin α — sin 3 α 4 . В данном случае необходимо выполнить замену α на 2 β 5 и подставить в формулу, тогда получаем выражение вида sin 3 2 β 5 = 3 · sin 2 β 5 — sin ( 3 · 2 β 5 ) 4 .

Это выражение равно равенству sin 3 2 β 5 = 3 · sin 2 β 5 — sin 6 β 5 4 .

Ответ: sin 3 2 β 5 = 3 · sin 2 β 5 — sin 6 β 5 4 .

Для решения сложных тригонометрических уравнений применяют формулы понижения степени. Они способны упростить выражение и сделать его намного удобным для вычислений или подстановки числовых значений.

Видео:Решение тригонометрических уравнений. Метод понижения порядка. 10 класс.Скачать

Тема 18. ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ. Уравнения, решаемые понижением степени. Однородные уравнения и приводимые к ним. Универсальная подстановка.
материал для подготовки к егэ (гиа) по алгебре (10 класс) по теме

Актуальной задачей на сегодняшний день является качественная подготовка учащихся к единому государственному экзамену (ЕГЭ) по математике, а также абитуриентов к вступительным экзаменам по математике в вузы, проводимым как в форме письменных контрольных работ, так и в форме тестирований.

Имея многолетний положительный опыт подготовки школьников и абитуриентов к экзаменам по математике, проводимым в разных формах, считаю целесообразным поделиться своими разработками со всеми заинтересованными в них лицами.

Тема 18. «Тригонометрические уравнения. Уравнения, решаемые понижением степени. Однородные уравнения и приводимые к ним. Универсальная подстановка» содержит теоретические сведения, систематизированный набор ключевых методов решения типовых задач, сопровождающихся подробным разбором решений. По каждому методу приводятся упражнения с ответами для закрепления изучаемого материала.

Материал будет полезен для использования учителями общеобразовательных учреждений на элективных курсах и факультативных занятиях по математике для подготовки учащихся к ЕГЭ, абитуриентов при подготовке к вступительным экзаменам в вузы.

Видео:✓ Тригонометрические формулы | Борис ТрушинСкачать

Скачать:

Видео:№18 Тригонометрические уравнения. Формула понижения степени. cos^4x+2sin^2(x)=0Скачать

Предварительный просмотр:

Тема 18. Тригонометрические уравнения.

Уравнения, решаемые понижением степени. Однородные уравнения и приводимые к ним. Универсальная подстановка.

IV. Уравнения, решаемые понижением степени.

Если уравнение содержит в четной степени, то бывает удобно применять формулы понижения степени

Пример. Решить уравнение

Решение является частью множества корней

1) Число корней уравнения на интервале равно.

V. Однородные уравнения и приводимые к ним.

Однородные уравнения, то есть уравнения вида

где — некоторые числа (у всех слагаемых сумма показателей одинакова) приводятся к алгебраическим относительно путем деления обеих частей уравнения на соответственно.

Некоторые уравнения можно сделать однородными путем замены 1 на путем различных преобразований функций, входящих в уравнение и т.д.

Примеры. Решить уравнение.

Решение. Легко убедиться, что не является корнем исходного уравнения. В самом деле, если , то в силу исходного уравнения, и , что противоречит основному тригонометрическому тождеству Этот факт позволяет разделить левую и правую части уравнения на . Получим уравнение

Решение. Поскольку не является корнем данного уравнения, разделим левую и правую части уравнения на В результате приходим к квадратному уравнению относительно

Ответ:

Решение. Представим правую часть данного уравнения в виде . Тогда исходное уравнение запишется в виде

После преобразований приходим к уравнению

разобранному в предыдущем примере.

Ответ:

1. Ответ:
2. Ответ:
3. Ответ:
4. Ответ:
5. Ответ:
6. Число корней уравнения на интервале равно.

VI. Универсальная подстановка.

Универсальная тригонометрическая подстановка позволяет перейти от синуса и косинуса аргумента к тангенсу половинного аргумента. Используются формулы

Этим методом удобно решать линейные тригонометрические уравнения, т.е. уравнения вида

При переходе от синуса и косинуса аргумента к тангенсу половинного аргумента возможна потеря решений, следует помнить, что (в этих точках не существует). Поэтому всякий раз, когда приходится пользоваться формулами , значения необходимо проверять отдельно, подставляя в исходное уравнение.

Примеры. Решить уравнение.

Решение. Сделаем подстановку для сокращения письма введем новую переменную Исходное уравнение перепишется в виде

Проверим, является ли решением данного уравнения значит не является корнем.

Видео:Как решать тригонометрические уравнения с помощью формул понижения степени. Тригонометрия #46Скачать

Формулы понижения степени в тригонометрии: вывод и примеры

Формулы понижения степени являются одним из видов основных тригонометрических формул. Они выражают степени (2, 3, …) тригонометрических функций синус, косинус, тангенс, котангенс через синус и косинус первой степени, но кратного угла (`alpha, 3alpha, …` или `2alpha, 4alpha, …`).

Видео:Математика| Преобразование тригонометрических выражений. Формулы и задачиСкачать

Список всех тригонометрических формул понижения степени

Запишем данные тождества для тригонометрических функций от 2-й по 4-ю степень угла `alpha`, а также для угла `frac alpha 2` и для произведения синус на косинус. Для удобства разделим их на группы.

Для квадрата

Формулы этой группы, особенно две первые, наиболее нужны. Они применяются при решении тригонометрических уравнений, интегралов и т. д.

Для куба

Тождества этой группы и следующих встречаются гораздо реже, но это не повод их не знать.

Для 4-й степени

Для функций половинного угла

Это формулы половинного угла. Но когда они записаны именно в таком виде, то их можно отнести и к тодествам понижения степени.

Для произведения синус на косинус

`sin^2 alpha cdot cos^2 alpha=frac8`
`sin^3 alpha cdot cos^3 alpha=frac32`

Видео:Формулы понижения степени. Для чего нужны формулы понижения степени?Скачать

Доказательство

Теперь перейдем непосредственно к выводу формул понижения степени тригонометрических функций.

Чтобы доказать их для квадрата, нам понадобятся фождества двойного угла `cos 2alpha=1-2 sin^2 alpha` и `cos 2alpha=2 cos^2 alpha-1`.

Формулу понижения степени синуса в квадрате получим, разрешив первое равенство относительно ` sin^2 alpha`: `sin^2 alpha=frac2`.

Аналогично и с косинусом в квадрате, получим тождество, разрешив второе равенство относительно ` cos^2 alpha`: `cos^2 alpha=frac2`.

Для лучшего усвоения теоретического материала рекомендуем посмотреть видео, где подробно описывается процесс доказательстве первых двух формул:

Если формулы тройного угла `sin 3alpha=3 sin alpha-4sin^3 alpha` и
`cos 3alpha=4cos^3 alpha-3 cos alpha` разрешить относительно `sin 3alpha` и `cos 3alpha`, то получим формулы понижения степени для синуса и косинуса в кубе: `sin^3 alpha=frac4` и `cos^3 alpha=frac4`.

Доказать данной равности для синуса и косинуса можно, воспользовавшись два раза формулами понижения квадратов:

Общий вид формул понижения степени

Для четных показателей степени (n=1, 2, 3,…):

Для нечетных показателей степени (n=3, 5, 7,…):

`sin^n alpha=frac1<2^> cdot sum_^<frac 2> (-1)^ <frac 2 -k> cdot C_k^n cdot sin((n-2k) alpha)` и `cos^n alpha=frac1<2^> cdot sum_^<frac 2> C_k^n cdot cos((n-2k) alpha)`.

Видео:№17 Тригонометрические уравнения. Формула понижения степени. sin^4(x)+cos^4(x)=7/8Скачать

Примеры решения задач с применением формул понижения степени

Пример 1. Воспользуйтесь формулой понижения степени для `cos^2 4alpha`.

Решение. Применив формулу `cos^2 alpha=frac2`, получим `cos^2 4alpha=frac2=frac2`.

Пример 2. Используя выше указанные тождества, вычислить `sin^2 frac pi 8`.

Решение. Согласно формуле `sin^2 alpha=frac2`, понизим степень синуса. Получим `sin^2 frac pi 8=frac2=frac2`. Поскольку `cos frac pi 4=frac 2`, то `sin^2 frac pi 8=frac2=frac<1-frac 2>2=frac<frac 2>2=frac 4`.

Ответ. `sin^2 frac pi 8=frac 4`.

Отметим, что формулы понижения степени в тригонометрии чаще всего используются при решении уравнений и преобразовании выражений.

🔍 Видео

Метод понижения степени. Пример 1. Тригонометрия.Скачать

решение тригонометрического уравнения методом понижения степени cosСкачать

0711 Тригонометрические уравнения, решаемые с помощью формул понижения степениСкачать

Решение примеров на формулы понижения степени. Как решать? Тригонометрия 10 класс. Видеоурок #23Скачать

Решение тригонометрического уравнения методом понижения степениСкачать

Метод понижения степени. Пример 6. Тригонометрия.Скачать

Тригонометрические уравнения. ЕГЭ № 12 | Математика | TutorOnline tutor onlineСкачать

Решение примеров на формулы понижения степени. Как решать? Тригонометрия 10 класс. Видеоурок #24Скачать

Решение примеров на формулы понижения степени. Как решать? Тригонометрия 10 класс. Видеоурок #22Скачать

Понижение степени тригонометрических функцийСкачать

Метод понижения степени. Пример 4. Тригонометрия.Скачать