题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
(a) Show that
sinxcos2x+cosxsin2x≡cosecx
x=2nπ, n∈Z
(3)
(b) Hence solve, for 0<θ<2π,
(sinθcos2θ+cosθsin2θ)2=6cotθ−4
giving your answers to 3 significant figures as appropriate.
(5)
(c) Using the result from part (a), or otherwise, find the exact value of
∫π/6π/4(sinxcos2x+cosxsin2x)cotxdx
(2)
题目中文翻译
本题中你必须写出解题过程的所有步骤。
不接受完全依赖计算器技术的解法。
(a) 证明
sinxcos2x+cosxsin2x≡cosecx
其中
x=2nπ, n∈Z
(b) 由此在 0<θ<2π 内解方程
(sinθcos2θ+cosθsin2θ)2=6cotθ−4
答案按需要保留 3 位有效数字。
(c) 利用 (a) 的结果,或用其他方法,求
∫π/6π/4(sinxcos2x+cosxsin2x)cotxdx
的精确值。
解答
(a)
解法一
思路
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目标是把左边化成 cosecx=sinx1。先用 sin2x=2sinxcosx,再用 cos2x=1−2sin2x,这样两个含 sinx 的项会抵消。
答题过程
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Start with the left-hand side:
sinxcos2x+cosxsin2x.
Use
sin2x=2sinxcosx.
Then
sinxcos2x+cosxsin2x==sinxcos2x+cosx2sinxcosxsinxcos2x+2sinx.
Now use
cos2x=1−2sin2x.
So
sinxcos2x+2sinx====sinx1−2sin2x+2sinxsinx1−2sinx+2sinxsinx1cosecx.
Therefore
sinxcos2x+cosxsin2x≡cosecx.
(b)
解法一
思路
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题目说 “Hence”,所以直接用 (a) 的恒等式,把括号内整体换成 cosecθ。然后用 cosec2θ=1+cot2θ,把方程化成关于 cotθ 的二次方程。由于 0<θ<2π,两个解都在第一象限。
答题过程
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Using part (a),
sinθcos2θ+cosθsin2θ=cosecθ.
Therefore the equation becomes
cosec2θ=6cotθ−4.
Use
cosec2θ=1+cot2θ.
Then
1+cot2θ=6cotθ−4.
Rearrange:
cot2θ−6cotθ+5=0.
Factorise:
(cotθ−1)(cotθ−5)=0.
So
cotθ=1orcotθ=5.
Hence
tanθ=1ortanθ=51.
Since 0<θ<2π,
θ=4πorθ=arctan51.
Therefore
θ=0.197orθ=4π.
(c)
解法一
思路
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继续使用 (a),积分中的括号就是 cosecx。于是被积函数变成 cosecxcotx,它的积分是 −cosecx,再代入上下限即可。
答题过程
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Using part (a),
sinxcos2x+cosxsin2x=cosecx.
So the integral is
∫π/6π/4cosecxcotxdx.
Since
dxd(cosecx)=−cosecxcotx,
we have
∫cosecxcotxdx=−cosecx+C.
Therefore
∫π/6π/4cosecxcotxdx====[−cosecx]π/6π/4−cosec4π+cosec6π−2+22−2.
Hence the exact value is
2−2.