题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
(a) Prove that
cosxsin2x+≡sinxcos2xcosecx,x=2nπ,n∈Z
(3)
(b) Hence solve, for −2π<θ<2π,
7+cos2θsin4θ+=sin2θcos4θ3cot22θ
giving your answers in radians to 3 significant figures where appropriate.
(6)
题目中文翻译
本题必须写出全部解题步骤。
不接受完全依赖计算器技术的解法。
(a) 证明
cosxsin2x+≡sinxcos2xcosecx,x=2nπ,n∈Z
(b) 由此在 −2π<θ<2π 内解方程
7+cos2θsin4θ+=sin2θcos4θ3cot22θ
答案用弧度表示,并在适当处保留 3 位有效数字。
解答
(a)
解法一
思路
展开
把 sin2x 与 cos2x 都改写成关于 sinx、cosx 的式子,约分后即可化成 1/sinx。
答题过程
展开
Using sin2x=2sinxcosx and
cos2x=1−2sin2x,
====cosxsin2x+sinxcos2xcosx2sinxcosx+sinx1−2sin2x2sinx+sinx1−2sinxsinx1cosecx.
Hence
cosxsin2x+sinxcos2x≡cosecx.
解法二
思路
展开
按照官方替代路线先通分,分子再用复合角公式识别为 cos(2x−x)。
答题过程
展开
Combining the fractions gives
====cosxsin2x+sinxcos2xsinxcosxsinxsin2x+cosxcos2xsinxcosxcos(2x−x)sinxcosxcosxcosecx.
Therefore the identity is proved.
(b)
解法一
思路
展开
先使用 (a) 把左侧两个分式合成 cosec2θ,再用 cot2u=cosec2u−1 得到关于 cosec2θ 的二次方程。
答题过程
展开
Using part (a) with x=2θ, the equation becomes
7+cosec2θ=3cot22θ.
Since cot22θ=cosec22θ−1,
3cosec22θ−cosec2θ−10=0.
Hence
(3cosec2θ+5)(cosec2θ−2)=0,
so
sin2θ=−53orsin2θ=21.
As −π<2θ<π,
sin2θ=21⟹sin2θ=−53⟹2θ=6π,65π,2θ=−0.6435…,−2.4981….
Therefore
θ=12π, 125π, −0.322, −1.25,
where the decimal answers are given to 3 significant figures.
解法二
思路
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官方评分资料也接受把 cosec2θ 与 cot22θ 直接写成正弦、余弦分式,清除分母后得到关于 sin2θ 的二次方程。
答题过程
展开
Using part (a), write
7+sin2θ1=3sin22θcos22θ.
Multiplying by sin22θ and using
cos22θ=1−sin22θ gives
7sin22θ+sin2θ=3(1−sin22θ).
Therefore
10sin22θ+sin2θ−3=0,
and hence
(5sin2θ+3)(2sin2θ−1)=0.
Thus
sin2θ=−53orsin2θ=21.
Using −π<2θ<π gives
θ=12π, 125π, −0.322, −1.25.