解
sin5(x)+2cos2(x)=1
解
x=2π+2πn,x=−0.72214…+2πn,x=π+0.72214…+2πn,x=1.01290…+2πn,x=π−1.01290…+2πn
+1
度
x=90∘+360∘n,x=−41.37561…∘+360∘n,x=221.37561…∘+360∘n,x=58.03535…∘+360∘n,x=121.96464…∘+360∘n解答ステップ
sin5(x)+2cos2(x)=1
両辺から1を引くsin5(x)+2cos2(x)−1=0
三角関数の公式を使用して書き換える
−1+sin5(x)+2cos2(x)
ピタゴラスの公式を使用する: cos2(x)+sin2(x)=1cos2(x)=1−sin2(x)=−1+sin5(x)+2(1−sin2(x))
簡素化 −1+sin5(x)+2(1−sin2(x)):sin5(x)−2sin2(x)+1
−1+sin5(x)+2(1−sin2(x))
拡張 2(1−sin2(x)):2−2sin2(x)
2(1−sin2(x))
分配法則を適用する: a(b−c)=ab−aca=2,b=1,c=sin2(x)=2⋅1−2sin2(x)
数を乗じる:2⋅1=2=2−2sin2(x)
=−1+sin5(x)+2−2sin2(x)
簡素化 −1+sin5(x)+2−2sin2(x):sin5(x)−2sin2(x)+1
−1+sin5(x)+2−2sin2(x)
条件のようなグループ=sin5(x)−2sin2(x)−1+2
数を足す/引く:−1+2=1=sin5(x)−2sin2(x)+1
=sin5(x)−2sin2(x)+1
=sin5(x)−2sin2(x)+1
1+sin5(x)−2sin2(x)=0
置換で解く
1+sin5(x)−2sin2(x)=0
仮定:sin(x)=u1+u5−2u2=0
1+u5−2u2=0:u=1,u≈−0.66099…,u≈0.84837…
1+u5−2u2=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=0u5−2u2+1=0
因数 u5−2u2+1:(u−1)(u4+u3+u2−u−1)
u5−2u2+1
有理根定理を使用する
a0=1,an=1
a0:1の除数, an:1の除数
ゆえに次の有理数をチェックする:±11
11 は式の累乗根なので u−1 をくくり出す
=(u−1)u−1u5−2u2+1u−1u5−2u2+1=u4+u3+u2−u−1
u−1u5−2u2+1
割る u−1u5−2u2+1:u−1u5−2u2+1=u4+u−1u4−2u2+1
分子 u5−2u2+1
と除数 u−1の主係数で割る: uu5=u4
商=u4u−1にu4を乗じる:u5−u4u5−u4をu5−2u2+1から引いて新しい余りを得る余り=u4−2u2+1
このためu−1u5−2u2+1=u4+u−1u4−2u2+1
=u4+u−1u4−2u2+1
割る u−1u4−2u2+1:u−1u4−2u2+1=u3+u−1u3−2u2+1
分子 u4−2u2+1
と除数 u−1の主係数で割る: uu4=u3
商=u3u−1にu3を乗じる:u4−u3u4−u3をu4−2u2+1から引いて新しい余りを得る余り=u3−2u2+1
このためu−1u4−2u2+1=u3+u−1u3−2u2+1
=u4+u3+u−1u3−2u2+1
割る u−1u3−2u2+1:u−1u3−2u2+1=u2+u−1−u2+1
分子 u3−2u2+1
と除数 u−1の主係数で割る: uu3=u2
商=u2u−1にu2を乗じる:u3−u2u3−u2をu3−2u2+1から引いて新しい余りを得る余り=−u2+1
このためu−1u3−2u2+1=u2+u−1−u2+1
=u4+u3+u2+u−1−u2+1
割る u−1−u2+1:u−1−u2+1=−u+u−1−u+1
分子 −u2+1
と除数 u−1の主係数で割る: u−u2=−u
商=−uu−1に−uを乗じる:−u2+u−u2+uを−u2+1から引いて新しい余りを得る余り=−u+1
このためu−1−u2+1=−u+u−1−u+1
=u4+u3+u2−u+u−1−u+1
割る u−1−u+1:u−1−u+1=−1
分子 −u+1
と除数 u−1の主係数で割る: u−u=−1
商=−1u−1に−1を乗じる:−u+1−u+1を−u+1から引いて新しい余りを得る余り=0
このためu−1−u+1=−1
=u4+u3+u2−u−1
=(u−1)(u4+u3+u2−u−1)
(u−1)(u4+u3+u2−u−1)=0
零因子の原則を使用:ab=0ならば a=0または b=0u−1=0oru4+u3+u2−u−1=0
解く u−1=0:u=1
u−1=0
1を右側に移動します
u−1=0
両辺に1を足すu−1+1=0+1
簡素化u=1
u=1
解く u4+u3+u2−u−1=0:u≈−0.66099…,u≈0.84837…
u4+u3+u2−u−1=0
ニュートン・ラプソン法を使用して u4+u3+u2−u−1=0 の解を1つ求める:u≈−0.66099…
u4+u3+u2−u−1=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u4+u3+u2−u−1
発見する f′(u):4u3+3u2+2u−1
dud(u4+u3+u2−u−1)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u4)+dud(u3)+dud(u2)−dudu−dud(1)
dud(u4)=4u3
dud(u4)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=4u4−1
簡素化=4u3
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dudu=1
dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=1
dud(1)=0
dud(1)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=4u3+3u2+2u−1−0
簡素化=4u3+3u2+2u−1
仮定: u0=−1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−0.75:Δu1=0.25
f(u0)=(−1)4+(−1)3+(−1)2−(−1)−1=1f′(u0)=4(−1)3+3(−1)2+2(−1)−1=−4u1=−0.75
Δu1=∣−0.75−(−1)∣=0.25Δu1=0.25
u2=−0.6671875:Δu2=0.0828125
f(u1)=(−0.75)4+(−0.75)3+(−0.75)2−(−0.75)−1=0.20703125f′(u1)=4(−0.75)3+3(−0.75)2+2(−0.75)−1=−2.5u2=−0.6671875
Δu2=∣−0.6671875−(−0.75)∣=0.0828125Δu2=0.0828125
u3=−0.66102…:Δu3=0.00616…
f(u2)=(−0.6671875)4+(−0.6671875)3+(−0.6671875)2−(−0.6671875)−1=0.01348…f′(u2)=4(−0.6671875)3+3(−0.6671875)2+2(−0.6671875)−1=−2.18692…u3=−0.66102…
Δu3=∣−0.66102…−(−0.6671875)∣=0.00616…Δu3=0.00616…
u4=−0.66099…:Δu4=0.00002…
f(u3)=(−0.66102…)4+(−0.66102…)3+(−0.66102…)2−(−0.66102…)−1=0.00006…f′(u3)=4(−0.66102…)3+3(−0.66102…)2+2(−0.66102…)−1=−2.16652…u4=−0.66099…
Δu4=∣−0.66099…−(−0.66102…)∣=0.00002…Δu4=0.00002…
u5=−0.66099…:Δu5=6.41022E−10
f(u4)=(−0.66099…)4+(−0.66099…)3+(−0.66099…)2−(−0.66099…)−1=1.38873E−9f′(u4)=4(−0.66099…)3+3(−0.66099…)2+2(−0.66099…)−1=−2.16643…u5=−0.66099…
Δu5=∣−0.66099…−(−0.66099…)∣=6.41022E−10Δu5=6.41022E−10
u≈−0.66099…
長除法を適用する:u+0.66099…u4+u3+u2−u−1=u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…
u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…=0 の解を1つ求める:u≈0.84837…
u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…
発見する f′(u):3u2+0.67801…u+0.77591…
dud(u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)+dud(0.33900…u2)+dud(0.77591…u)−dud(1.51287…)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dud(0.33900…u2)=0.67801…u
dud(0.33900…u2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.33900…dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=0.33900…⋅2u2−1
簡素化=0.67801…u
dud(0.77591…u)=0.77591…
dud(0.77591…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.77591…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=0.77591…⋅1
簡素化=0.77591…
dud(1.51287…)=0
dud(1.51287…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=3u2+0.67801…u+0.77591…−0
簡素化=3u2+0.67801…u+0.77591…
仮定: u0=2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=1.33519…:Δu1=0.66480…
f(u0)=23+0.33900…⋅22+0.77591…⋅2−1.51287…=9.39499…f′(u0)=3⋅22+0.67801…⋅2+0.77591…=14.13194…u1=1.33519…
Δu1=∣1.33519…−2∣=0.66480…Δu1=0.66480…
u2=0.97843…:Δu2=0.35675…
f(u1)=1.33519…3+0.33900…⋅1.33519…2+0.77591…⋅1.33519…−1.51287…=2.50780…f′(u1)=3⋅1.33519…2+0.67801…⋅1.33519…+0.77591…=7.02943…u2=0.97843…
Δu2=∣0.97843…−1.33519…∣=0.35675…Δu2=0.35675…
u3=0.86071…:Δu3=0.11772…
f(u2)=0.97843…3+0.33900…⋅0.97843…2+0.77591…⋅0.97843…−1.51287…=0.50755…f′(u2)=3⋅0.97843…2+0.67801…⋅0.97843…+0.77591…=4.31133…u3=0.86071…
Δu3=∣0.86071…−0.97843…∣=0.11772…Δu3=0.11772…
u4=0.84849…:Δu4=0.01221…
f(u3)=0.86071…3+0.33900…⋅0.86071…2+0.77591…⋅0.86071…−1.51287…=0.04374…f′(u3)=3⋅0.86071…2+0.67801…⋅0.86071…+0.77591…=3.58196…u4=0.84849…
Δu4=∣0.84849…−0.86071…∣=0.01221…Δu4=0.01221…
u5=0.84837…:Δu5=0.00012…
f(u4)=0.84849…3+0.33900…⋅0.84849…2+0.77591…⋅0.84849…−1.51287…=0.00043…f′(u4)=3⋅0.84849…2+0.67801…⋅0.84849…+0.77591…=3.51106…u5=0.84837…
Δu5=∣0.84837…−0.84849…∣=0.00012…Δu5=0.00012…
u6=0.84837…:Δu6=1.25501E−8
f(u5)=0.84837…3+0.33900…⋅0.84837…2+0.77591…⋅0.84837…−1.51287…=4.40554E−8f′(u5)=3⋅0.84837…2+0.67801…⋅0.84837…+0.77591…=3.51034…u6=0.84837…
Δu6=∣0.84837…−0.84837…∣=1.25501E−8Δu6=1.25501E−8
u≈0.84837…
長除法を適用する:u−0.84837…u3+0.33900…u2+0.77591…u−1.51287…=u2+1.18738…u+1.78326…
u2+1.18738…u+1.78326…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u2+1.18738…u+1.78326…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: u∈R
u2+1.18738…u+1.78326…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u2+1.18738…u+1.78326…
発見する f′(u):2u+1.18738…
dud(u2+1.18738…u+1.78326…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)+dud(1.18738…u)+dud(1.78326…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(1.18738…u)=1.18738…
dud(1.18738…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=1.18738…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=1.18738…⋅1
簡素化=1.18738…
dud(1.78326…)=0
dud(1.78326…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=2u+1.18738…+0
簡素化=2u+1.18738…
仮定: u0=−2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−0.78813…:Δu1=1.21186…
f(u0)=(−2)2+1.18738…(−2)+1.78326…=3.40849…f′(u0)=2(−2)+1.18738…=−2.81261…u1=−0.78813…
Δu1=∣−0.78813…−(−2)∣=1.21186…Δu1=1.21186…
u2=2.98819…:Δu2=3.77633…
f(u1)=(−0.78813…)2+1.18738…(−0.78813…)+1.78326…=1.46860…f′(u1)=2(−0.78813…)+1.18738…=−0.38889…u2=2.98819…
Δu2=∣2.98819…−(−0.78813…)∣=3.77633…Δu2=3.77633…
u3=0.99752…:Δu3=1.99066…
f(u2)=2.98819…2+1.18738…⋅2.98819…+1.78326…=14.26067…f′(u2)=2⋅2.98819…+1.18738…=7.16376…u3=0.99752…
Δu3=∣0.99752…−2.98819…∣=1.99066…Δu3=1.99066…
u4=−0.24767…:Δu4=1.24519…
f(u3)=0.99752…2+1.18738…⋅0.99752…+1.78326…=3.96275…f′(u3)=2⋅0.99752…+1.18738…=3.18242…u4=−0.24767…
Δu4=∣−0.24767…−0.99752…∣=1.24519…Δu4=1.24519…
u5=−2.48821…:Δu5=2.24053…
f(u4)=(−0.24767…)2+1.18738…(−0.24767…)+1.78326…=1.55052…f′(u4)=2(−0.24767…)+1.18738…=0.69203…u5=−2.48821…
Δu5=∣−2.48821…−(−0.24767…)∣=2.24053…Δu5=2.24053…
u6=−1.16333…:Δu6=1.32487…
f(u5)=(−2.48821…)2+1.18738…(−2.48821…)+1.78326…=5.02001…f′(u5)=2(−2.48821…)+1.18738…=−3.78904…u6=−1.16333…
Δu6=∣−1.16333…−(−2.48821…)∣=1.32487…Δu6=1.32487…
u7=0.37734…:Δu7=1.54068…
f(u6)=(−1.16333…)2+1.18738…(−1.16333…)+1.78326…=1.75529…f′(u6)=2(−1.16333…)+1.18738…=−1.13929…u7=0.37734…
Δu7=∣0.37734…−(−1.16333…)∣=1.54068…Δu7=1.54068…
u8=−0.84491…:Δu8=1.22225…
f(u7)=0.37734…2+1.18738…⋅0.37734…+1.78326…=2.37370…f′(u7)=2⋅0.37734…+1.18738…=1.94206…u8=−0.84491…
Δu8=∣−0.84491…−0.37734…∣=1.22225…Δu8=1.22225…
u9=2.12837…:Δu9=2.97328…
f(u8)=(−0.84491…)2+1.18738…(−0.84491…)+1.78326…=1.49390…f′(u8)=2(−0.84491…)+1.18738…=−0.50244…u9=2.12837…
Δu9=∣2.12837…−(−0.84491…)∣=2.97328…Δu9=2.97328…
解を見つけられない
解答はu≈−0.66099…,u≈0.84837…
解答はu=1,u≈−0.66099…,u≈0.84837…
代用を戻す u=sin(x)sin(x)=1,sin(x)≈−0.66099…,sin(x)≈0.84837…
sin(x)=1,sin(x)≈−0.66099…,sin(x)≈0.84837…
sin(x)=1:x=2π+2πn
sin(x)=1
以下の一般解 sin(x)=1
sin(x)2πn 循環を含む周期性テーブル:
x06π4π3π2π32π43π65πsin(x)02122231232221xπ67π45π34π23π35π47π611πsin(x)0−21−22−23−1−23−22−21
x=2π+2πn
x=2π+2πn
sin(x)=−0.66099…:x=arcsin(−0.66099…)+2πn,x=π+arcsin(0.66099…)+2πn
sin(x)=−0.66099…
三角関数の逆数プロパティを適用する
sin(x)=−0.66099…
以下の一般解 sin(x)=−0.66099…sin(x)=−a⇒x=arcsin(−a)+2πn,x=π+arcsin(a)+2πnx=arcsin(−0.66099…)+2πn,x=π+arcsin(0.66099…)+2πn
x=arcsin(−0.66099…)+2πn,x=π+arcsin(0.66099…)+2πn
sin(x)=0.84837…:x=arcsin(0.84837…)+2πn,x=π−arcsin(0.84837…)+2πn
sin(x)=0.84837…
三角関数の逆数プロパティを適用する
sin(x)=0.84837…
以下の一般解 sin(x)=0.84837…sin(x)=a⇒x=arcsin(a)+2πn,x=π−arcsin(a)+2πnx=arcsin(0.84837…)+2πn,x=π−arcsin(0.84837…)+2πn
x=arcsin(0.84837…)+2πn,x=π−arcsin(0.84837…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=2π+2πn,x=arcsin(−0.66099…)+2πn,x=π+arcsin(0.66099…)+2πn,x=arcsin(0.84837…)+2πn,x=π−arcsin(0.84837…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=2π+2πn,x=−0.72214…+2πn,x=π+0.72214…+2πn,x=1.01290…+2πn,x=π−1.01290…+2πn