Lai riigieksam 2023, ülesanne 11: Trigonomeetriline võrdus ja koosinuse graafik
1.Leidke vähim positiivne nurk x, mille korral kehtib võrdus2sin(2π+x)cos2x+cos2x(1+tan2x)=21.
2.Joonestage funktsiooni y=cosx graafik lõigul [2π;3π] ja lahendage samas lõigus võrrand cosx=21.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2023, ülesanne 11
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 50,6% punktidest (Harno aruanne).
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
xy
Valemikaart: kahekordse nurga valemid
sin2α=2sinα⋅cosα
cos2α=cos2α−sin2α
tan2α=1−tan2α2tanα
Valemikaart: trigonomeetria põhiseosed
sin2α+cos2α=1
tanα=cosαsinα
sin(−α)=−sinα,cos(−α)=cosα,tan(−α)=−tanα
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
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Lugejas asenda cos2x=cos2x−sin2x ja 1+tan2x=cos2x1, nimetajas kasuta taandamisvalemit. Teises osas lõika koosinuse graafikut sirgega y=21.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Lihtsusta lugeja
Esimeses küsimuses lihtsustame kõigepealt murru lugeja ja nimetaja eraldi.
Kahekordse nurga koosinuse valem.
cos2x=cos2x−sin2x
Kirjutame tanx=cosxsinx ja viime ühisele nimetajale; lugejas on sin2x+cos2x=1.
1+tan2x=1+cos2xsin2x=cos2xcos2x+sin2x=cos2x1
Korrutame selle avaldisega cos2x.
cos2x(1+tan2x)=cos2x⋅cos2x1=1
Paneme lugeja kokku ja kirjutame 1=sin2x+cos2x.
cos2x−sin2x+1=cos2x−sin2x+sin2x+cos2x=2cos2x
Avaldis tanx on määratud ainult siis, kui cosx=0. Seepärast võib taandada teguriga cos2x. Valemid sin2x+cos2x=1 ja tanx=cosxsinx on trigonomeetria põhiseosed.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Lihtsusta nimetaja
Taandamisvalemi järgi sin(2π+x)=cosx.
2sin(2π+x)=2cosx
Valemikaardil on see kraadides: sin(90∘+α)=cosα; 2π radiaani on 90∘.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Taanda murd
Asendame lihtsustatud lugeja ja nimetaja ning taandame teguriga 2cosx.
2cosx2cos2x=cosx
Võrdus muutub lihtsaks võrrandiks.
cosx=21,cosx=0
Kogu vasak pool on lihtsalt cosx. Taandada tohib, sest nimetaja 2cosx ei ole null.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Leia vähim positiivne nurk
Teravnurk, mille koosinus on 21, on 60∘.
x=3π=60∘
Lõigul [0;π] koosinus kahaneb, seega vahemikus (0;3π) on cosx>21 ja väiksemat positiivset lahendit pole. Sobib ka tingimus, sest cos60∘=21=0.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Joonesta koosinuse graafik
Teises küsimuses tuleb joonestada y=cosx lõigul [2π;3π]. Koostame tabeli sammuga 2π.
Kirjutame koosinuse väärtused lõigu punktides.
xy2π0π−123π02π125π03π−1
xyy=cosx2ππ2π3π1−1
Koosinuse periood on 2π. Graafik algab lõigu alguses nullist, jõuab kohal π miinimumini −1, kohal 2π maksimumini 1 ja lõpeb kohal 3π väärtusega −1.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Lahenda võrrand lõigul
Võrrandi lahendid on graafiku ja sirge y=21 lõikepunktide x-koordinaadid.
Kirjutame võrrandi üldlahendi.
x=±3π+2πn,n∈Z
Lõigule [2π;3π] jäävad lahendid, kui n=1.
x1=2π−3π=35π,x2=2π+3π=37π
Kraadides on lahendid
x1=300∘,x2=420∘
xyy=cosx2ππ2π3π1−1y=2135π37π
Kui n=0, on lahendid ±3π, mis on väiksemad kui 2π. Kui n=2, on väiksem lahend 4π−3π=311π>3π. Seega on lõigul täpselt kaks lahendit, nagu jooniselt näha.
VASTUS
1. Vähim positiivne nurk on x=3π ehk 60∘. 2. Lõigul [2π;3π] on võrrandi cosx=21 lahendid x1=35π ja x2=37π (ehk 300∘ ja 420∘).