解答
tan2(x)+5cos(x)−8=0
解答
x=1.88390…+2πn,x=−1.88390…+2πn,x=1.18685…+2πn,x=2π−1.18685…+2πn
+1
度数
x=107.93989…∘+360∘n,x=−107.93989…∘+360∘n,x=68.00170…∘+360∘n,x=291.99829…∘+360∘n求解步骤
tan2(x)+5cos(x)−8=0
使用三角恒等式改写
−8+tan2(x)+5cos(x)
使用基本三角恒等式: tan(x)=cos(x)sin(x)=−8+(cos(x)sin(x))2+5cos(x)
使用指数法则: (ba)c=bcac=−8+cos2(x)sin2(x)+5cos(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=−8+cos2(x)1−cos2(x)+5cos(x)
−8+cos2(x)1−cos2(x)+5cos(x)=0
用替代法求解
−8+cos2(x)1−cos2(x)+5cos(x)=0
令:cos(x)=u−8+u21−u2+5u=0
−8+u21−u2+5u=0:u≈−0.30801…,u≈0.37457…,u≈1.73344…
−8+u21−u2+5u=0
在两边乘以 u2
−8+u21−u2+5u=0
在两边乘以 u2−8u2+u21−u2u2+5uu2=0⋅u2
化简
−8u2+u21−u2u2+5uu2=0⋅u2
化简 u21−u2u2:1−u2
u21−u2u2
分式相乘: a⋅cb=ca⋅b=u2(1−u2)u2
约分:u2=1−u2
化简 5uu2:5u3
5uu2
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cuu2=u1+2=5u1+2
数字相加:1+2=3=5u3
化简 0⋅u2:0
0⋅u2
使用法则 0⋅a=0=0
−8u2+1−u2+5u3=0
化简 −8u2+1−u2+5u3:5u3−9u2+1
−8u2+1−u2+5u3
对同类项分组=5u3−8u2−u2+1
同类项相加:−8u2−u2=−9u2=5u3−9u2+1
5u3−9u2+1=0
5u3−9u2+1=0
5u3−9u2+1=0
解 5u3−9u2+1=0:u≈−0.30801…,u≈0.37457…,u≈1.73344…
5u3−9u2+1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 5u3−9u2+1=0 的一个解:u≈−0.30801…
5u3−9u2+1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=5u3−9u2+1
找到 f′(u):15u2−18u
dud(5u3−9u2+1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(5u3)−dud(9u2)+dud(1)
dud(5u3)=15u2
dud(5u3)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=5dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=5⋅3u3−1
化简=15u2
dud(9u2)=18u
dud(9u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=9dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=9⋅2u2−1
化简=18u
dud(1)=0
dud(1)
常数微分: dxd(a)=0=0
=15u2−18u+0
化简=15u2−18u
令 u0=−1计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−0.60606…:Δu1=0.39393…
f(u0)=5(−1)3−9(−1)2+1=−13f′(u0)=15(−1)2−18(−1)=33u1=−0.60606…
Δu1=∣−0.60606…−(−1)∣=0.39393…Δu1=0.39393…
u2=−0.39783…:Δu2=0.20822…
f(u1)=5(−0.60606…)3−9(−0.60606…)2+1=−3.41884…f′(u1)=15(−0.60606…)2−18(−0.60606…)=16.41873…u2=−0.39783…
Δu2=∣−0.39783…−(−0.60606…)∣=0.20822…Δu2=0.20822…
u3=−0.32030…:Δu3=0.07753…
f(u2)=5(−0.39783…)3−9(−0.39783…)2+1=−0.73926…f′(u2)=15(−0.39783…)2−18(−0.39783…)=9.53504…u3=−0.32030…
Δu3=∣−0.32030…−(−0.39783…)∣=0.07753…Δu3=0.07753…
u4=−0.30830…:Δu4=0.01199…
f(u3)=5(−0.32030…)3−9(−0.32030…)2+1=−0.08764…f′(u3)=15(−0.32030…)2−18(−0.32030…)=7.30431…u4=−0.30830…
Δu4=∣−0.30830…−(−0.32030…)∣=0.01199…Δu4=0.01199…
u5=−0.30801…:Δu5=0.00028…
f(u4)=5(−0.30830…)3−9(−0.30830…)2+1=−0.00197…f′(u4)=15(−0.30830…)2−18(−0.30830…)=6.97521…u5=−0.30801…
Δu5=∣−0.30801…−(−0.30830…)∣=0.00028…Δu5=0.00028…
u6=−0.30801…:Δu6=1.5734E−7
f(u5)=5(−0.30801…)3−9(−0.30801…)2+1=−1.09626E−6f′(u5)=15(−0.30801…)2−18(−0.30801…)=6.96748…u6=−0.30801…
Δu6=∣−0.30801…−(−0.30801…)∣=1.5734E−7Δu6=1.5734E−7
u≈−0.30801…
使用长除法 Equation0:u+0.30801…5u3−9u2+1=5u2−10.54009…u+3.24655…
5u2−10.54009…u+3.24655…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 5u2−10.54009…u+3.24655…=0 的一个解:u≈0.37457…
5u2−10.54009…u+3.24655…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=5u2−10.54009…u+3.24655…
找到 f′(u):10u−10.54009…
dud(5u2−10.54009…u+3.24655…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(5u2)−dud(10.54009…u)+dud(3.24655…)
dud(5u2)=10u
dud(5u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=5dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=5⋅2u2−1
化简=10u
dud(10.54009…u)=10.54009…
dud(10.54009…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=10.54009…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=10.54009…⋅1
化简=10.54009…
dud(3.24655…)=0
dud(3.24655…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=10u−10.54009…+0
化简=10u−10.54009…
令 u0=0计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=0.30801…:Δu1=0.30801…
f(u0)=5⋅02−10.54009…⋅0+3.24655…=3.24655…f′(u0)=10⋅0−10.54009…=−10.54009…u1=0.30801…
Δu1=∣0.30801…−0∣=0.30801…Δu1=0.30801…
u2=0.37160…:Δu2=0.06359…
f(u1)=5⋅0.30801…2−10.54009…⋅0.30801…+3.24655…=0.47437…f′(u1)=10⋅0.30801…−10.54009…=−7.45990…u2=0.37160…
Δu2=∣0.37160…−0.30801…∣=0.06359…Δu2=0.06359…
u3=0.37457…:Δu3=0.00296…
f(u2)=5⋅0.37160…2−10.54009…⋅0.37160…+3.24655…=0.02021…f′(u2)=10⋅0.37160…−10.54009…=−6.82399…u3=0.37457…
Δu3=∣0.37457…−0.37160…∣=0.00296…Δu3=0.00296…
u4=0.37457…:Δu4=6.46028E−6
f(u3)=5⋅0.37457…2−10.54009…⋅0.37457…+3.24655…=0.00004…f′(u3)=10⋅0.37457…−10.54009…=−6.79437…u4=0.37457…
Δu4=∣0.37457…−0.37457…∣=6.46028E−6Δu4=6.46028E−6
u5=0.37457…:Δu5=3.07134E−11
f(u4)=5⋅0.37457…2−10.54009…⋅0.37457…+3.24655…=2.08676E−10f′(u4)=10⋅0.37457…−10.54009…=−6.79430…u5=0.37457…
Δu5=∣0.37457…−0.37457…∣=3.07134E−11Δu5=3.07134E−11
u≈0.37457…
使用长除法 Equation0:u−0.37457…5u2−10.54009…u+3.24655…=5u−8.66720…
5u−8.66720…≈0
u≈1.73344…
解为u≈−0.30801…,u≈0.37457…,u≈1.73344…
u≈−0.30801…,u≈0.37457…,u≈1.73344…
验证解
找到无定义的点(奇点):u=0
取 −8+u21−u2+5u 的分母,令其等于零
解 u2=0:u=0
u2=0
使用法则 xn=0⇒x=0
u=0
以下点无定义u=0
将不在定义域的点与解相综合:
u≈−0.30801…,u≈0.37457…,u≈1.73344…
u=cos(x)代回cos(x)≈−0.30801…,cos(x)≈0.37457…,cos(x)≈1.73344…
cos(x)≈−0.30801…,cos(x)≈0.37457…,cos(x)≈1.73344…
cos(x)=−0.30801…:x=arccos(−0.30801…)+2πn,x=−arccos(−0.30801…)+2πn
cos(x)=−0.30801…
使用反三角函数性质
cos(x)=−0.30801…
cos(x)=−0.30801…的通解cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−0.30801…)+2πn,x=−arccos(−0.30801…)+2πn
x=arccos(−0.30801…)+2πn,x=−arccos(−0.30801…)+2πn
cos(x)=0.37457…:x=arccos(0.37457…)+2πn,x=2π−arccos(0.37457…)+2πn
cos(x)=0.37457…
使用反三角函数性质
cos(x)=0.37457…
cos(x)=0.37457…的通解cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(0.37457…)+2πn,x=2π−arccos(0.37457…)+2πn
x=arccos(0.37457…)+2πn,x=2π−arccos(0.37457…)+2πn
cos(x)=1.73344…:无解
cos(x)=1.73344…
−1≤cos(x)≤1无解
合并所有解x=arccos(−0.30801…)+2πn,x=−arccos(−0.30801…)+2πn,x=arccos(0.37457…)+2πn,x=2π−arccos(0.37457…)+2πn
以小数形式表示解x=1.88390…+2πn,x=−1.88390…+2πn,x=1.18685…+2πn,x=2π−1.18685…+2πn