题目
Problem
(a) Sketch the graph of y=3sinx+2 for 0≤x≤2π.
[2]
(b) Determine the number of solutions in the interval 0≤x≤2π of each of the following equations.
(i) 3sinx+2=x
[1]
(ii) 3sinx+2=5−x
[1]
(c) Solve the equation 3sinx+2=5cos2x−1 for 0≤x≤2π.
[5]
题目中文翻译
(a) 在 0≤x≤2π 上画出 y=3sinx+2 的图像草图。
(b) 分别确定下列方程在区间 0≤x≤2π 内的解的个数。
(i) 3sinx+2=x
(ii) 3sinx+2=5−x
(c) 解方程 3sinx+2=5cos2x−1,其中 0≤x≤2π。
解答
(a)
解法一
思路
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先画出正弦曲线的一整个周期。振幅是 3,中线是 y=2,因此最高点和最低点分别在 y=5 和 y=−1。
答题过程
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The graph has period 2π, amplitude 3 and midline y=2. Mark
(0,2),(2π,5),(π,2),(23π,−1),(2π,2).
Join these points with a smooth sine curve, with horizontal tangents at the maximum and minimum.
(b)(i)
解法一
思路
展开
在 (a) 的坐标系内画过原点的直线 y=x。方程的每个解对应直线与正弦曲线的一个交点。
答题过程
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The line y=x crosses the sine curve once, between 2π and π. Before 2π, the curve is at height at least 2 while the line is below 2. After π, the curve is at height at most 2 while the line is above 2. Hence there is one solution.
(b)(ii)
解法一
思路
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画出另一条直线 y=5−x。用 (0,5) 和 (5,0) 定位,再沿 x 轴从左到右数交点。
答题过程
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On the same sketch, the line y=5−x passes through (0,5) and (5,0). It crosses the curve three times, with one crossing in each of
(0,2π),(π,23π),(23π,2π).
Thus there are three solutions.
(c)
解法一
思路
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用 cos2x=1−sin2x 把方程化为关于 sinx 的二次方程。正值对应第一、第二象限,−1 对应一个最低点。
答题过程
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Replacing cos2x by 1−sin2x gives
3sinx+2=5(1−sin2x)−1⟹(5sinx−2)(sinx+1)=0.
Thus sinx=52 or sinx=−1. If α=sin−1(2/5), the first equation gives x=α or π−α. The second gives x=23π. The solutions are
x≈0.412,x≈2.73,x=23π.