解答
8sin2(x)2cos(x)=7,0≤x≤2π
解答
x∈R无解
求解步骤
8sin2(x)⋅2cos(x)=7,0≤x≤2π
两边减去 716sin2(x)cos(x)−7=0
使用三角恒等式改写
−7+16cos(x)sin2(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=−7+16cos(x)(1−cos2(x))
−7+(1−cos2(x))⋅16cos(x)=0
用替代法求解
−7+(1−cos2(x))⋅16cos(x)=0
令:cos(x)=u−7+(1−u2)⋅16u=0
−7+(1−u2)⋅16u=0:u≈−1.17189…
−7+(1−u2)⋅16u=0
展开 −7+(1−u2)⋅16u:−7+16u−16u3
−7+(1−u2)⋅16u
=−7+16u(1−u2)
乘开 16u(1−u2):16u−16u3
16u(1−u2)
使用分配律: a(b−c)=ab−aca=16u,b=1,c=u2=16u⋅1−16uu2
=16⋅1⋅u−16u2u
化简 16⋅1⋅u−16u2u:16u−16u3
16⋅1⋅u−16u2u
16⋅1⋅u=16u
16⋅1⋅u
数字相乘:16⋅1=16=16u
16u2u=16u3
16u2u
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=16u2+1
数字相加:2+1=3=16u3
=16u−16u3
=16u−16u3
=−7+16u−16u3
−7+16u−16u3=0
改写成标准形式 anxn+…+a1x+a0=0−16u3+16u−7=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −16u3+16u−7=0 的一个解:u≈−1.17189…
−16u3+16u−7=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=−16u3+16u−7
找到 f′(u):−48u2+16
dud(−16u3+16u−7)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dud(16u3)+dud(16u)−dud(7)
dud(16u3)=48u2
dud(16u3)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=16dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=16⋅3u3−1
化简=48u2
dud(16u)=16
dud(16u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=16dudu
使用常见微分定则: dudu=1=16⋅1
化简=16
dud(7)=0
dud(7)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−48u2+16−0
化简=−48u2+16
令 u0=−2计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−1.49431…:Δu1=0.50568…
f(u0)=−16(−2)3+16(−2)−7=89f′(u0)=−48(−2)2+16=−176u1=−1.49431…
Δu1=∣−1.49431…−(−2)∣=0.50568…Δu1=0.50568…
u2=−1.24778…:Δu2=0.24653…
f(u1)=−16(−1.49431…)3+16(−1.49431…)−7=22.47959…f′(u1)=−48(−1.49431…)2+16=−91.18336…u2=−1.24778…
Δu2=∣−1.24778…−(−1.49431…)∣=0.24653…Δu2=0.24653…
u3=−1.17764…:Δu3=0.07014…
f(u2)=−16(−1.24778…)3+16(−1.24778…)−7=4.11969…f′(u2)=−48(−1.24778…)2+16=−58.73460…u3=−1.17764…
Δu3=∣−1.17764…−(−1.24778…)∣=0.07014…Δu3=0.07014…
u4=−1.17192…:Δu4=0.00571…
f(u3)=−16(−1.17764…)3+16(−1.17764…)−7=0.28914…f′(u3)=−48(−1.17764…)2+16=−50.56876…u4=−1.17192…
Δu4=∣−1.17192…−(−1.17764…)∣=0.00571…Δu4=0.00571…
u5=−1.17189…:Δu5=0.00003…
f(u4)=−16(−1.17192…)3+16(−1.17192…)−7=0.00184…f′(u4)=−48(−1.17192…)2+16=−49.92391…u5=−1.17189…
Δu5=∣−1.17189…−(−1.17192…)∣=0.00003…Δu5=0.00003…
u6=−1.17189…:Δu6=1.53907E−9
f(u5)=−16(−1.17189…)3+16(−1.17189…)−7=7.68298E−8f′(u5)=−48(−1.17189…)2+16=−49.91975…u6=−1.17189…
Δu6=∣−1.17189…−(−1.17189…)∣=1.53907E−9Δu6=1.53907E−9
u≈−1.17189…
使用长除法 Equation0:u+1.17189…−16u3+16u−7=−16u2+18.75025…u−5.97325…
−16u2+18.75025…u−5.97325…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −16u2+18.75025…u−5.97325…=0 的一个解:u∈R无解
−16u2+18.75025…u−5.97325…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=−16u2+18.75025…u−5.97325…
找到 f′(u):−32u+18.75025…
dud(−16u2+18.75025…u−5.97325…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dud(16u2)+dud(18.75025…u)−dud(5.97325…)
dud(16u2)=32u
dud(16u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=16dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=16⋅2u2−1
化简=32u
dud(18.75025…u)=18.75025…
dud(18.75025…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=18.75025…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=18.75025…⋅1
化简=18.75025…
dud(5.97325…)=0
dud(5.97325…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−32u+18.75025…−0
化简=−32u+18.75025…
令 u0=0计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=0.31856…:Δu1=0.31856…
f(u0)=−16⋅02+18.75025…⋅0−5.97325…=−5.97325…f′(u0)=−32⋅0+18.75025…=18.75025…u1=0.31856…
Δu1=∣0.31856…−0∣=0.31856…Δu1=0.31856…
u2=0.50835…:Δu2=0.18978…
f(u1)=−16⋅0.31856…2+18.75025…⋅0.31856…−5.97325…=−1.62378…f′(u1)=−32⋅0.31856…+18.75025…=8.55604…u2=0.50835…
Δu2=∣0.50835…−0.31856…∣=0.18978…Δu2=0.18978…
u3=0.74043…:Δu3=0.23208…
f(u2)=−16⋅0.50835…2+18.75025…⋅0.50835…−5.97325…=−0.57627…f′(u2)=−32⋅0.50835…+18.75025…=2.48302…u3=0.74043…
Δu3=∣0.74043…−0.50835…∣=0.23208…Δu3=0.23208…
u4=0.56610…:Δu4=0.17432…
f(u3)=−16⋅0.74043…2+18.75025…⋅0.74043…−5.97325…=−0.86181…f′(u3)=−32⋅0.74043…+18.75025…=−4.94370…u4=0.56610…
Δu4=∣0.56610…−0.74043…∣=0.17432…Δu4=0.17432…
u5=1.33215…:Δu5=0.76604…
f(u4)=−16⋅0.56610…2+18.75025…⋅0.56610…−5.97325…=−0.48623…f′(u4)=−32⋅0.56610…+18.75025…=0.63473…u5=1.33215…
Δu5=∣1.33215…−0.56610…∣=0.76604…Δu5=0.76604…
u6=0.93895…:Δu6=0.39320…
f(u5)=−16⋅1.33215…2+18.75025…⋅1.33215…−5.97325…=−9.38914…f′(u5)=−32⋅1.33215…+18.75025…=−23.87863…u6=0.93895…
Δu6=∣0.93895…−1.33215…∣=0.39320…Δu6=0.39320…
u7=0.71996…:Δu7=0.21898…
f(u6)=−16⋅0.93895…2+18.75025…⋅0.93895…−5.97325…=−2.47373…f′(u6)=−32⋅0.93895…+18.75025…=−11.29614…u7=0.71996…
Δu7=∣0.71996…−0.93895…∣=0.21898…Δu7=0.21898…
u8=0.54103…:Δu8=0.17892…
f(u7)=−16⋅0.71996…2+18.75025…⋅0.71996…−5.97325…=−0.76730…f′(u7)=−32⋅0.71996…+18.75025…=−4.28849…u8=0.54103…
Δu8=∣0.54103…−0.71996…∣=0.17892…Δu8=0.17892…
u9=0.89748…:Δu9=0.35644…
f(u8)=−16⋅0.54103…2+18.75025…⋅0.54103…−5.97325…=−0.51220…f′(u8)=−32⋅0.54103…+18.75025…=1.43698…u9=0.89748…
Δu9=∣0.89748…−0.54103…∣=0.35644…Δu9=0.35644…
u10=0.69357…:Δu10=0.20391…
f(u9)=−16⋅0.89748…2+18.75025…⋅0.89748…−5.97325…=−2.03283…f′(u9)=−32⋅0.89748…+18.75025…=−9.96922…u10=0.69357…
Δu10=∣0.69357…−0.89748…∣=0.20391…Δu10=0.20391…
u11=0.50040…:Δu11=0.19316…
f(u10)=−16⋅0.69357…2+18.75025…⋅0.69357…−5.97325…=−0.66527…f′(u10)=−32⋅0.69357…+18.75025…=−3.44406…u11=0.50040…
Δu11=∣0.50040…−0.69357…∣=0.19316…Δu11=0.19316…
u12=0.71851…:Δu12=0.21810…
f(u11)=−16⋅0.50040…2+18.75025…⋅0.50040…−5.97325…=−0.59700…f′(u11)=−32⋅0.50040…+18.75025…=2.73724…u12=0.71851…
Δu12=∣0.71851…−0.50040…∣=0.21810…Δu12=0.21810…
无法得出解
解是u≈−1.17189…
u=cos(x)代回cos(x)≈−1.17189…
cos(x)≈−1.17189…
cos(x)=−1.17189…,0≤x≤2π:无解
cos(x)=−1.17189…,0≤x≤2π
−1≤cos(x)≤1无解
合并所有解x∈R无解