题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
(i) Solve, for 0<θ<π
3cosecθ=8cosθ
giving your answers, in radians, to 3 significant figures.
(5)
(ii) Solve, for 0<x<180∘
1+tan2xtan70∘tan2x−tan70∘=−83
giving your answers, in degrees, to one decimal place.
(4)
题目中文翻译
在本题中,你必须写出所有推导步骤。
不接受完全依赖计算器技术的解法。
(i) 在 0<θ<π 的范围内解方程
3cosecθ=8cosθ
答案用弧度表示,保留 3 位有效数字。
(ii) 在 0<x<180∘ 的范围内解方程
1+tan2xtan70∘tan2x−tan70∘=−83
答案用角度表示,精确到小数点后 1 位。
解答
(i)
解法一
思路
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先用 cosecθ=sinθ1,再利用 sin2θ=2sinθcosθ,把方程化成 sin2θ=43。解题时要把原范围同步变成 0<2θ<2π,才能完整找出所有解。
答题过程
展开
Using cosecθ=sinθ1,
sinθ3=8cosθ.
Since 0<θ<π, sinθ=0. Hence
3==8sinθcosθ4sin2θ,
so
sin2θ=43.
As 0<2θ<2π,
2θ=arcsin(43)or2θ=π−arcsin(43).
Therefore,
θ=0.424031…orθ=1.14676….
To three significant figures,
θ=0.424, 1.15.
解法二
思路
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官方评分资料也接受把原方程平方,再令 s=sin2θ 解二次方程。平方会引入原方程不接受的解,因此最后必须代回符号条件:在 0<θ<π 中,左边为正,所以必须有 cosθ>0。
答题过程
展开
Squaring the equation gives
9cosec2θ=64cos2θ.
Using cosec2θ=sin2θ1 and cos2θ=1−sin2θ,
sin2θ9=64(1−sin2θ).
Let s=sin2θ. Then
9=64s2−64s+9=64s(1−s)0.
Thus
s=84±7.
Since the original equation has a positive left-hand side, cosθ must be positive. In the given range, this requires 0<θ<2π. Hence
θ=arcsin84−7orθ=arcsin84+7.
Therefore,
θ=0.424, 1.15
to three significant figures.
(ii)
解法一
思路
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分式正好符合正切差角公式,把它识别成 tan(2x−70∘)。然后写出正切函数的 180∘ 周期通解,并用 0<x<180∘ 筛选。
答题过程
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Using
tan(A−B)=1+tanAtanBtanA−tanB,
the equation becomes
tan(2x−70∘)=−83.
Therefore,
2x−70∘=arctan(−83)+180∘n,n∈Z.
Hence
x=270∘+arctan(−3/8)+180∘n.
The values in 0<x<180∘ occur when n=0 and n=1, giving
x=24.7∘, 114.7∘.
解法二
思路
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也可以先交叉相乘,把 tan2x 单独移到一边。这样得到 tan2x 的数值后,再利用正切的周期求出范围内的两个解。
答题过程
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Let T=tan70∘. Cross-multiplying,
8(tan2x−T)=−3(1+Ttan2x).
Therefore,
(8+3T)tan2x=tan2x==8T−38+3T8T−31.168….
Thus
2x=arctan(1.168…)+180∘n.
Using 0<2x<360∘ gives
x=24.7∘, 114.7∘.
解法三
思路
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第三条官方路线是使用 tan2x=1−tan2x2tanx。令 t=tanx 后,原方程会化成关于 t 的二次方程;两个根分别对应指定范围内的两个角。
答题过程
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Let
t=tanxandT=tan70∘.
From the cross-multiplication above,
(8+3T)tan2x=8T−3.
Using tan2x=1−t22t,
(8+3T)1−t22t=8T−3.
Hence
(8T−3)t2+(16+6T)t+(3−8T)=0.
Solving this quadratic gives
t=0.4604…ort=−2.172….
Therefore, for 0<x<180∘,
x=24.7∘, 114.7∘.