题目
Problem
(a) Use the definitions of hyperbolic functions in terms of exponentials to show that
sinh(A+B)≡sinhAcoshB+coshAsinhB
(b) Hence express 10sinhx+8coshx in the form Rsinh(x+α) where R>0, giving α in the form lnp where p is an integer.
(c) Hence solve the equation
10sinhx+8coshx=187
giving your answer in the form ln(7+q) where q is a rational number to be determined.
(9)
题目中文翻译
(a) 利用双曲函数的指数定义证明
sinh(A+B)≡sinhAcoshB+coshAsinhB
(b) 因此将 10sinhx+8coshx 写成 Rsinh(x+α) 的形式,其中 R>0,并把 α 写成 lnp 的形式,这里 p 为整数。
(c) 因此求解方程
10sinhx+8coshx=187
答案写成 ln(7+q) 的形式,其中 q 为待定有理数。
解答
(a)
解法一
思路
展开
题目指定使用指数定义,因此从等式右边出发,把四个双曲函数全部改写成指数形式。完整展开八项后,中间的交叉项两两抵消,余下的两项正好组成 sinh(A+B)。
答题过程
展开
Using the exponential definitions of the hyperbolic functions,
=====sinhAcoshB+coshAsinhB4(eA−e−A)(eB+e−B)+4(eA+e−A)(eB−e−B)41(eA+B+eA−B−e−A+B−e−(A+B))+41(eA+B−eA−B+e−A+B−e−(A+B))42eA+B−2e−(A+B)2eA+B−e−(A+B)sinh(A+B).
Hence
sinh(A+B)≡sinhAcoshB+coshAsinhB.
(b)
解法一:使用双曲恒等式与反双曲正切
思路
展开
使用 (a) 的加法公式展开 Rsinh(x+α),比较 sinhx 和 coshx 的系数。两个系数方程的平方相减可求 R,相除则得到 tanhα;最后用反双曲正切的对数形式求 α。
答题过程
展开
By the identity proved in part (a),
Rsinh(x+α)=Rcoshαsinhx+Rsinhαcoshx.
Comparing coefficients with 10sinhx+8coshx gives
Rcoshα=10,Rsinhα=8.
Using cosh2α−sinh2α=1,
R2==(Rcoshα)2−(Rsinhα)2102−82=36.
Since R>0, R=6. Also,
tanhα=RcoshαRsinhα=54.
Therefore,
α===artanh5421ln(1−541+54)21ln9=ln3.
Hence
10sinhx+8coshx=6sinh(x+ln3).
解法二:组合指数关系
思路
展开
比较系数后,将 Rcoshα=10 与 Rsinhα=8 相加、相减。利用 coshα+sinhα=eα 及 coshα−sinhα=e−α,可以直接求出 α 和正数 R。
答题过程
展开
As in the first method, comparison of coefficients gives
Rcoshα=10,Rsinhα=8.
Adding and subtracting these equations,
Reα=18,Re−α=2.
Dividing the equations gives
e2α=9.
Since eα>0, eα=3, and hence α=ln3.
Multiplying the two equations gives R2=36, so R=6 because R>0.
Therefore,
10sinhx+8coshx=6sinh(x+ln3).
(c)
解法一
思路
展开
必须承接 (b),先把原方程改写成关于 sinh(x+ln3) 的方程。用 arsinh 的对数形式求出 x+ln3,再利用对数减法整理成题目指定的形式。
答题过程
展开
Using the result from part (b),
6sinh(x+ln3)=187,
so
sinh(x+ln3)=37.
Therefore,
x+ln3===arsinh(37)ln(37+(37)2+1)ln(37+8).
Hence
x===ln(37+8)−ln3ln(337+8)ln(7+38).
Thus q=8/3.
Since sinh is one-to-one, this is the only real solution.