Bài 5 trang 37 SGK Đại số và Giải tích 11

Đề bài

Giải các phương trình sau:

a) \(cosx - \sqrt3sinx = \sqrt2\);  

b) \(3sin3x - 4cos3x = 5\);

c) \(2sinx + 2cosx - \sqrt2 = 0\);                          

d) \(5cos2x + 12sin2x -13 = 0\).

Hướng dẫn giải

Phương pháp giải phương trình bậc nhất đối với sin và cos: \(a\sin x + b\cos x = c\,\,\left( {{a^2} + {b^2} > 0} \right)\)

- Chia cả hai vế cho \(\sqrt {{a^2} + {b^2}} \), khi đó phương trình có dạng:

\(\frac{a}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }}\sin x + \frac{b}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }}\cos x = \frac{c}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }}\)

- Đặt \(\left\{ \begin{array}{l}\frac{a}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} = \cos \alpha \\\frac{b}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} = \sin \alpha \end{array} \right.\) và sử dụng công thức \(\sin x\cos \alpha  + \cos x\sin \alpha  = \sin \left( {x + \alpha } \right)\) sau đó giải phương trình lượng giác cơ bản của sin.

Hoặc đặt \(\left\{ \begin{array}{l}\frac{a}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} = \sin \alpha \\\frac{b}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} = \cos \alpha \end{array} \right.\) và sử dụng công thức \(\sin x\sin \alpha  + \cos x\cos \alpha  = \cos \left( {x - \alpha } \right)\) và giải phương trình lượng giác cơ bản của cos.

Lời giải chi tiết

\(\eqalign{  & a)\,\,\cos x - \sqrt 3 \sin x = \sqrt 2   \cr   &  \Leftrightarrow {1 \over 2}\cos x - {{\sqrt 3 } \over 2}\sin x = {{\sqrt 2 } \over 2}  \cr   &  \Leftrightarrow \cos x\cos {\pi  \over 3} - \sin x\sin {\pi  \over 3} = {{\sqrt 2 } \over 2}  \cr   &  \Leftrightarrow \cos \left( {x + {\pi  \over 3}} \right) = \cos {\pi  \over 4}  \cr   &  \Leftrightarrow \left[ \matrix{  x + {\pi  \over 3} = {\pi  \over 4} + k2\pi  \hfill \cr   x + {\pi  \over 3} =  - {\pi  \over 4} + k2\pi  \hfill \cr}  \right.  \cr   &  \Leftrightarrow \left[ \matrix{  x =  - {\pi  \over {12}} + k2\pi  \hfill \cr   x =  - {{7\pi } \over {12}} + k2\pi  \hfill \cr}  \right.\,\,\left( {k \in Z} \right) \cr} \)

Vậy nghiệm của phương trình là \(x =  - {\pi  \over {12}} + k2\pi \)  hoặc \(x =  - {{7\pi } \over {12}} + k2\pi \,\,\left( {k \in Z} \right)\).

\(\eqalign{  & b)\,\,3\sin 3x - 4\cos 3x = 5  \cr   &  \Leftrightarrow {3 \over 5}\sin 3x - {4 \over 5}\cos 3x = 1 \cr} \)

Đặt \(\left\{ \matrix{  \sin \alpha  = {3 \over 5} \hfill \cr   \cos \alpha  = {4 \over 5} \hfill \cr}  \right.\), phương trình trở thành

\(\eqalign{  & \,\,\,\,\,\sin 3x\sin \alpha  - \cos 3x\cos \alpha  = 1  \cr   &  \Leftrightarrow \cos \left( {3x + \alpha } \right) =  - 1  \cr   &  \Leftrightarrow 3x + \alpha  = \pi  + k2\pi   \cr   &  \Leftrightarrow 3x = \pi  - \alpha  + k2\pi   \cr   &  \Leftrightarrow x = {{\pi  - \alpha } \over 3} + {{k2\pi } \over 3}\,\,\left( {k \in Z} \right) \cr} \)  

Vậy nghiệm của phương trình là \(x = {{\pi  - \alpha } \over 3} + {{k2\pi } \over 3}\,\,\left( {k \in Z} \right)\)  (Với \(\sin \alpha  = {3 \over 5};\,\,\cos \alpha  = {4 \over 5}\)).

\(\eqalign{  & c)\,\,2\sin x + 2\cos x - \sqrt 2  = 0  \cr   &  \Leftrightarrow {1 \over {\sqrt 2 }}\sin x + {1 \over {\sqrt 2 }}\cos x = {1 \over 2}  \cr   &  \Leftrightarrow \sin x\sin {\pi  \over 4} + \cos x\cos {\pi  \over 4} = {1 \over 2}  \cr   &  \Leftrightarrow \cos \left( {x - {\pi  \over 4}} \right) = \cos {\pi  \over 3}  \cr   &  \Leftrightarrow \left[ \matrix{  x - {\pi  \over 4} = {\pi  \over 3} + k2\pi  \hfill \cr   x - {\pi  \over 4} =  - {\pi  \over 3} + k2\pi  \hfill \cr}  \right.  \cr   &  \Leftrightarrow \left[ \matrix{  x = {{7\pi } \over {12}} + k2\pi  \hfill \cr   x =  - {\pi  \over {12}} + k2\pi  \hfill \cr}  \right.\,\,\,\left( {k \in Z} \right) \cr} \)

Vậy nghiệm của phương trình là \(x = {{7\pi } \over {12}} + k2\pi \) hoặc \(x =  - {\pi  \over {12}} + k2\pi \,\,\left( {k \in Z} \right).\)

\(\eqalign{  & d)\,\,5\cos 2x + 12\sin 2x - 13 = 0  \cr   &  \Leftrightarrow {5 \over {13}}\cos 2x + {{12} \over {13}}\sin 2x = 1 \cr} \)

Đặt \(\left\{ \matrix{  {5 \over {13}} = \cos \alpha  \hfill \cr   {{12} \over {13}} = \sin \alpha  \hfill \cr}  \right.\) , khi đó phương trình trở thành

\(\eqalign{  & \,\,\,\cos 2x\cos \alpha  + \sin 2x\sin \alpha  = 1  \cr   &  \Leftrightarrow \cos \left( {2x - \alpha } \right) = 1  \cr   &  \Leftrightarrow 2x - \alpha  = k2\pi   \cr   &  \Leftrightarrow x = {\alpha  \over 2} + k\pi \,\,\,\left( {k \in Z} \right) \cr} \)

Vậy nghiệm của phương trình là \(x = {\alpha  \over 2} + k\pi \,\,\,\left( {k \in Z} \right)\) với \(\sin \alpha  = {{12} \over {13}};\,\,\cos \alpha  = {5 \over {13}}\).