题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
Solve, for −180∘<θ⩽180∘, the equation
3tan(θ+43∘)=2cos(θ+43∘)
(6)
题目中文翻译
在本题中,你必须展示所有的计算步骤。纯依赖计算器计算的解法是不可接受的。
在区间 −180∘<θ⩽180∘ 内,解方程:
3tan(θ+43∘)=2cos(θ+43∘)
解答
解法一
思路
展开
为方便解题,我们可以引入一个中间变量代换:令 x=θ+43∘。
原方程化为:
3tanx=2cosx
-
将正切化为正弦与余弦:
利用商数恒等式(Trigonometric Identity) tanx=cosxsinx:
3cosxsinx=2cosx⟹3sinx=2cos2x(当 cosx=0)
-
化为一元二次方程:
利用平方关系恒等式 cos2x=1−sin2x,将方程统一用正弦 sinx 表达:
3sinx=2(1−sin2x)⟹2sin2x+3sinx−2=0
-
因式分解求根:
将上述一元二次方程因式分解:
(2sinx−1)(sinx+2)=0
- 因为对于任意实数 x,正弦值的范围是 −1⩽sinx⩽1,因此 sinx+2=0(无解)。
- 于是我们得到唯一合理的解:sinx=21。
-
变换区间并求解:
原自变量 θ 的范围是 −180∘<θ⩽180∘。
由于 x=θ+43∘,因此对应 x 的取值范围为:
−180∘+43∘<x⩽180∘+43∘⟹−137∘<x⩽223∘
在区间 (−137∘,223∘] 内,寻找满足 sinx=21 的所有 x 的解:
x=30∘或x=150∘
-
求出最终自变量 θ:
由 θ=x−43∘ 还原算出最终答案。
答题过程
展开
Let x=θ+43∘. The equation becomes:
3tanx=2cosx
Using the identity tanx=cosxsinx:
3(cosxsinx)=2cosx
Multiply both sides by cosx (noting that cosx=0):
3sinx=2cos2x
Substitute cos2x=1−sin2x into the equation:
3sinx=2(1−sin2x)
3sinx=2−2sin2x
Rearrange to form a quadratic equation in sinx:
2sin2x+3sinx−2=0
Factorize the quadratic equation:
(2sinx−1)(sinx+2)=0
Since sinx∈[−1,1], the factor sinx+2=0 has no real solutions.
Thus:
2sinx−1=0⟹sinx=21
Now determine the range for x based on −180∘<θ⩽180∘:
−180∘+43∘<−137∘<θ+43∘⩽180∘+43∘x⩽223∘
Solve sinx=21 for x in the interval (−137∘,223∘]:
x=30∘orx=150∘
Substitute back θ=x−43∘ to find the values of θ:
Since both values fall inside the interval −180∘<θ⩽180∘, the required solutions are:
θ=−13∘andθ=107∘