2.Lahendage võrrand 2cosx=1 ja joonise abil võrratus 2cosx<1, kui x∈[0;2π].
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2018, ülesanne 6
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
2ππ23π2π−2−1120xy
Valemikaart: taandamisvalemid
sin(90∘−α)=cosα,cos(90∘−α)=sinα
sin(90∘+α)=cosα,cos(90∘+α)=−sinα
sin(180∘−α)=sinα,cos(180∘−α)=−cosα
sin(180∘+α)=−sinα,cos(180∘+α)=−cosα
tan(180∘−α)=−tanα,tan(180∘+α)=tanα
sin(α+n⋅360∘)=sinα,cos(α+n⋅360∘)=cosα,n∈Z
Valemikaart: trigonomeetria põhiseosed
sin2α+cos2α=1
tanα=cosαsinα
sin(−α)=−sinα,cos(−α)=cosα,tan(−α)=−tanα
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Esimeses osas kasuta taandamisvalemeid ja seost sin2α+cos2α=1. Teises osas jaga võrrand kahega ja mõtle, millise nurga koosinus on 21.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Lihtsusta esimene liige
Esimeses küsimuses tuleb avaldis lihtsustada. Alustame esimesest liikmest, kus on nurk 2π−x.
Taandamisvalem: täiendusnurga siinus on nurga koosinus.
sin(2π−x)=cosx
Valemikaardil on see kraadides: sin(90∘−α)=cosα. Radiaanides on 90∘=2π.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Lihtsusta kolmas liige
Kolmandas liikmes on nurk π+x ja liikme ees on miinusmärk.
Taandamisvalem: cos(π+x)=−cosx.
−cos(π+x)=−(−cosx)=cosx
Valemikaardil cos(180∘+α)=−cosα, kus 180∘=π. Nurk π+x on ühikringjoonel punkti x vastas, seega on koosinus vastasmärgiline. Kaks miinust annavad kokku plussi.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Liida ruutude liikmed
Teine ja neljas liige on sama nurga 32π koosinuse ja siinuse ruut.
Trigonomeetria põhiseose järgi on sama nurga siinuse ja koosinuse ruutude summa üks.
cos232π+sin232π=1
Väärtusi pole vaja arvutada. Kontrolliks: cos32π=−21 ja sin32π=23, seega 41+43=1.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Pane liikmed kokku
Asendame kõik liikmed leitud väärtustega.
cosx+cosx+1=2cosx+1
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Lahenda võrrand
Teises küsimuses lahendame kõigepealt võrrandi 2cosx=1 lõigul [0;2π].
Jagame võrrandi mõlemaid pooli kahega.
cosx=21
Koosinus on 21 nurga 3π korral. Lõigul [0;2π] on veel üks nurk sama koosinusega: 2π−3π.
x1=3π,x2=2π−3π=35π
3π=60∘ ja 35π=300∘. Koosinus on paarisfunktsioon, cos(−x)=cosx, seega on ka −3π lahend ja sellele 2π liites saame 35π. Üldlahend on x=±3π+2πn, n∈Z; lõigule [0;2π] jäävad neist ainult need kaks.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Koosta väärtuste tabel
Võrratuse lahendamiseks joonestame funktsiooni y=2cosx graafiku lõigul [0;2π]. Arvutame väärtused iga kaheteistkümnendikperioodi järel. Antud teljestikus on 2π kaksteist ruutu ja 1 kaks ruutu.
Kirjutame tabelisse x-i väärtused, cosx ja y=2cosx.
Funktsiooni suurim väärtus on 2 ja vähim väärtus −2.
−2≤2cosx≤2
2ππ23π2π−2−1120xyy=2cosx
Graafik saadakse koosinusoidist y=cosx, kui seda venitatakse y-telje suunas kaks korda. Periood jääb samaks, 2π, seega on lõigul [0;2π] täpselt üks laine.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 2Samm 8: Joonesta sirge y = 1
Võrratuse parem pool on konstant 1. Selle graafik on x-teljega paralleelne sirge, mille iga punkti y-koordinaat on 1.
Sirge väärtuste tabel. Iga x korral on y=1.
xy01π12π1
2ππ23π2π−2−1120xyy=2cosxy=1
9Samm 9Peidetud
9
Küsimus 2Samm 9: Märgi lõikepunktid
Graafik ja sirge lõikuvad kohtades, kus 2cosx=1, ehk võrrandi lahendite kohtadel.
Lõikepunktide x-koordinaadid on võrrandi lahendid.
x1=3π,x2=35π
2ππ23π2π−2−1120xyy=2cosxy=13π35π
10Samm 10Peidetud
10
Küsimus 2Samm 10: Loe joonisalt võrratuse lahend
Võrratus 2cosx<1 kehtib seal, kus graafik on sirgest y=1 allpool. Joonisel on see lõikepunktide vahel.
Võrratus on range, seega lõikepunktid lahendisse ei kuulu.
x∈(3π;35π)
2ππ23π2π−2−1120xyy=2cosxy=13π35π
Kontrolliks: kohal x=π on 2cosπ=−2<1, see on vahemikus. Kohal x=0 on 2cos0=2>1, see ei ole lahend.
VASTUS
1) Lihtsustatud avaldis on 2cosx+1. 2) Võrrandi 2cosx=1 lahendid lõigul [0;2π] on 3π ja 35π ning võrratuse 2cosx<1 lahend on x∈(3π;35π).