解答
(sec(x)+1)2−tan(x)=0
解答
x=π+2πn,x=−1.97861…+2πn
+1
度数
x=180∘+360∘n,x=−113.36631…∘+360∘n求解步骤
(sec(x)+1)2−tan(x)=0
两边加上 tan(x)sec2(x)+2sec(x)+1=tan(x)
两边进行平方(sec2(x)+2sec(x)+1)2=tan2(x)
两边减去 tan2(x)(sec2(x)+2sec(x)+1)2−tan2(x)=0
使用三角恒等式改写
(1+sec2(x)+2sec(x))2−tan2(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: tan2(x)+1=sec2(x)tan2(x)=sec2(x)−1=(1+sec2(x)+2sec(x))2−(sec2(x)−1)
化简 (1+sec2(x)+2sec(x))2−(sec2(x)−1):sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
(1+sec2(x)+2sec(x))2−(sec2(x)−1)
(1+sec2(x)+2sec(x))2=(1+sec2(x)+2sec(x))(1+sec2(x)+2sec(x))=(sec2(x)+2sec(x)+1)(sec2(x)+2sec(x)+1)−(sec2(x)−1)
乘开 (1+sec2(x)+2sec(x))(1+sec2(x)+2sec(x)):6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
(1+sec2(x)+2sec(x))(1+sec2(x)+2sec(x))
打开括号=1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+sec2(x)⋅1+sec2(x)sec2(x)+sec2(x)⋅2sec(x)+2sec(x)⋅1+2sec(x)sec2(x)+2sec(x)⋅2sec(x)
=1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)
化简 1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x):6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
1⋅1+1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)
对同类项分组=1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
同类项相加:2sec2(x)sec(x)+2sec2(x)sec(x)=4sec2(x)sec(x)=1⋅sec2(x)+1⋅2sec(x)+1⋅sec2(x)+sec2(x)sec2(x)+4sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
同类项相加:1⋅sec2(x)+1⋅sec2(x)=2sec2(x)=2sec2(x)+1⋅2sec(x)+sec2(x)sec2(x)+4sec2(x)sec(x)+2⋅1⋅sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
同类项相加:1⋅2sec(x)+2⋅1⋅sec(x)=2⋅2⋅1⋅sec(x)=2sec2(x)+2⋅2⋅1⋅sec(x)+sec2(x)sec2(x)+4sec2(x)sec(x)+2⋅2sec(x)sec(x)+1⋅1
2⋅2⋅1⋅sec(x)=4sec(x)
2⋅2⋅1⋅sec(x)
数字相乘:2⋅2⋅1=4=4sec(x)
sec2(x)sec2(x)=sec4(x)
sec2(x)sec2(x)
使用指数法则: ab⋅ac=ab+csec2(x)sec2(x)=sec2+2(x)=sec2+2(x)
数字相加:2+2=4=sec4(x)
4sec2(x)sec(x)=4sec3(x)
4sec2(x)sec(x)
使用指数法则: ab⋅ac=ab+csec2(x)sec(x)=sec2+1(x)=4sec2+1(x)
数字相加:2+1=3=4sec3(x)
2⋅2sec(x)sec(x)=4sec2(x)
2⋅2sec(x)sec(x)
数字相乘:2⋅2=4=4sec(x)sec(x)
使用指数法则: ab⋅ac=ab+csec(x)sec(x)=sec1+1(x)=4sec1+1(x)
数字相加:1+1=2=4sec2(x)
1⋅1=1
1⋅1
数字相乘:1⋅1=1=1
=2sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+4sec2(x)+1
同类项相加:2sec2(x)+4sec2(x)=6sec2(x)=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1
=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−(sec2(x)−1)
−(sec2(x)−1):−sec2(x)+1
−(sec2(x)−1)
打开括号=−(sec2(x))−(−1)
使用加减运算法则−(−a)=a,−(a)=−a=−sec2(x)+1
=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−sec2(x)+1
化简 6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−sec2(x)+1:sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1−sec2(x)+1
对同类项分组=6sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)−sec2(x)+1+1
同类项相加:6sec2(x)−sec2(x)=5sec2(x)=5sec2(x)+4sec(x)+sec4(x)+4sec3(x)+1+1
数字相加:1+1=2=sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
=sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
=sec4(x)+4sec3(x)+5sec2(x)+4sec(x)+2
2+sec4(x)+4sec(x)+4sec3(x)+5sec2(x)=0
用替代法求解
2+sec4(x)+4sec(x)+4sec3(x)+5sec2(x)=0
令:sec(x)=u2+u4+4u+4u3+5u2=0
2+u4+4u+4u3+5u2=0:u=−1,u≈−2.52137…
2+u4+4u+4u3+5u2=0
改写成标准形式 anxn+…+a1x+a0=0u4+4u3+5u2+4u+2=0
因式分解 u4+4u3+5u2+4u+2:(u+1)(u3+3u2+2u+2)
u4+4u3+5u2+4u+2
使用有理根定理
a0=2,an=1
a0的除数:1,2,an的除数:1
因此,检验以下有理数:±11,2
−11 是表达式的根,所以因式分解 u+1
=(u+1)u+1u4+4u3+5u2+4u+2u+1u4+4u3+5u2+4u+2=u3+3u2+2u+2
u+1u4+4u3+5u2+4u+2
对 u+1u4+4u3+5u2+4u+2做除法:u+1u4+4u3+5u2+4u+2=u3+u+13u3+5u2+4u+2
将分子 u4+4u3+5u2+4u+2 与除数 u+1
的首项系数相除:uu4=u3
商=u3将 u+1 乘以 u3:u4+u3将 u4+4u3+5u2+4u+2 减去 u4+u3 得到新的余数余数=3u3+5u2+4u+2
因此u+1u4+4u3+5u2+4u+2=u3+u+13u3+5u2+4u+2
=u3+u+13u3+5u2+4u+2
对 u+13u3+5u2+4u+2做除法:u+13u3+5u2+4u+2=3u2+u+12u2+4u+2
将分子 3u3+5u2+4u+2 与除数 u+1
的首项系数相除:u3u3=3u2
商=3u2将 u+1 乘以 3u2:3u3+3u2将 3u3+5u2+4u+2 减去 3u3+3u2 得到新的余数余数=2u2+4u+2
因此u+13u3+5u2+4u+2=3u2+u+12u2+4u+2
=u3+3u2+u+12u2+4u+2
对 u+12u2+4u+2做除法:u+12u2+4u+2=2u+u+12u+2
将分子 2u2+4u+2 与除数 u+1
的首项系数相除:u2u2=2u
商=2u将 u+1 乘以 2u:2u2+2u将 2u2+4u+2 减去 2u2+2u 得到新的余数余数=2u+2
因此u+12u2+4u+2=2u+u+12u+2
=u3+3u2+2u+u+12u+2
对 u+12u+2做除法:u+12u+2=2
将分子 2u+2 与除数 u+1
的首项系数相除:u2u=2
商=2将 u+1 乘以 2:2u+2将 2u+2 减去 2u+2 得到新的余数余数=0
因此u+12u+2=2
=u3+3u2+2u+2
=(u+1)(u3+3u2+2u+2)
(u+1)(u3+3u2+2u+2)=0
使用零因数法则: If ab=0then a=0or b=0u+1=0oru3+3u2+2u+2=0
解 u+1=0:u=−1
u+1=0
将 1到右边
u+1=0
两边减去 1u+1−1=0−1
化简u=−1
u=−1
解 u3+3u2+2u+2=0:u≈−2.52137…
u3+3u2+2u+2=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u3+3u2+2u+2=0 的一个解:u≈−2.52137…
u3+3u2+2u+2=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u3+3u2+2u+2
找到 f′(u):3u2+6u+2
dud(u3+3u2+2u+2)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)+dud(3u2)+dud(2u)+dud(2)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
化简=3u2
dud(3u2)=6u
dud(3u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=3dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=3⋅2u2−1
化简=6u
dud(2u)=2
dud(2u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dudu
使用常见微分定则: dudu=1=2⋅1
化简=2
dud(2)=0
dud(2)
常数微分: dxd(a)=0=0
=3u2+6u+2+0
化简=3u2+6u+2
令 u0=−2计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−3:Δu1=1
f(u0)=(−2)3+3(−2)2+2(−2)+2=2f′(u0)=3(−2)2+6(−2)+2=2u1=−3
Δu1=∣−3−(−2)∣=1Δu1=1
u2=−2.63636…:Δu2=0.36363…
f(u1)=(−3)3+3(−3)2+2(−3)+2=−4f′(u1)=3(−3)2+6(−3)+2=11u2=−2.63636…
Δu2=∣−2.63636…−(−3)∣=0.36363…Δu2=0.36363…
u3=−2.53039…:Δu3=0.10597…
f(u2)=(−2.63636…)3+3(−2.63636…)2+2(−2.63636…)+2=−0.74530…f′(u2)=3(−2.63636…)2+6(−2.63636…)+2=7.03305…u3=−2.53039…
Δu3=∣−2.53039…−(−2.63636…)∣=0.10597…Δu3=0.10597…
u4=−2.52144…:Δu4=0.00895…
f(u3)=(−2.53039…)3+3(−2.53039…)2+2(−2.53039…)+2=−0.05393…f′(u3)=3(−2.53039…)2+6(−2.53039…)+2=6.02629…u4=−2.52144…
Δu4=∣−2.52144…−(−2.53039…)∣=0.00895…Δu4=0.00895…
u5=−2.52137…:Δu5=0.00006…
f(u4)=(−2.52144…)3+3(−2.52144…)2+2(−2.52144…)+2=−0.00036…f′(u4)=3(−2.52144…)2+6(−2.52144…)+2=5.94435…u5=−2.52137…
Δu5=∣−2.52137…−(−2.52144…)∣=0.00006…Δu5=0.00006…
u6=−2.52137…:Δu6=2.92858E−9
f(u5)=(−2.52137…)3+3(−2.52137…)2+2(−2.52137…)+2=−1.74069E−8f′(u5)=3(−2.52137…)2+6(−2.52137…)+2=5.94378…u6=−2.52137…
Δu6=∣−2.52137…−(−2.52137…)∣=2.92858E−9Δu6=2.92858E−9
u≈−2.52137…
使用长除法 Equation0:u+2.52137…u3+3u2+2u+2=u2+0.47862…u+0.79321…
u2+0.47862…u+0.79321…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u2+0.47862…u+0.79321…=0 的一个解:u∈R无解
u2+0.47862…u+0.79321…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u2+0.47862…u+0.79321…
找到 f′(u):2u+0.47862…
dud(u2+0.47862…u+0.79321…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)+dud(0.47862…u)+dud(0.79321…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud(0.47862…u)=0.47862…
dud(0.47862…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=0.47862…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=0.47862…⋅1
化简=0.47862…
dud(0.79321…)=0
dud(0.79321…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=2u+0.47862…+0
化简=2u+0.47862…
令 u0=−2计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−0.91066…:Δu1=1.08933…
f(u0)=(−2)2+0.47862…(−2)+0.79321…=3.83597…f′(u0)=2(−2)+0.47862…=−3.52137…u1=−0.91066…
Δu1=∣−0.91066…−(−2)∣=1.08933…Δu1=1.08933…
u2=−0.02687…:Δu2=0.88378…
f(u1)=(−0.91066…)2+0.47862…(−0.91066…)+0.79321…=1.18665…f′(u1)=2(−0.91066…)+0.47862…=−1.34270…u2=−0.02687…
Δu2=∣−0.02687…−(−0.91066…)∣=0.88378…Δu2=0.88378…
u3=−1.86527…:Δu3=1.83839…
f(u2)=(−0.02687…)2+0.47862…(−0.02687…)+0.79321…=0.78107…f′(u2)=2(−0.02687…)+0.47862…=0.42486…u3=−1.86527…
Δu3=∣−1.86527…−(−0.02687…)∣=1.83839…Δu3=1.83839…
u4=−0.82598…:Δu4=1.03929…
f(u3)=(−1.86527…)2+0.47862…(−1.86527…)+0.79321…=3.37970…f′(u3)=2(−1.86527…)+0.47862…=−3.25192…u4=−0.82598…
Δu4=∣−0.82598…−(−1.86527…)∣=1.03929…Δu4=1.03929…
u5=0.09457…:Δu5=0.92055…
f(u4)=(−0.82598…)2+0.47862…(−0.82598…)+0.79321…=1.08013…f′(u4)=2(−0.82598…)+0.47862…=−1.17334…u5=0.09457…
Δu5=∣0.09457…−(−0.82598…)∣=0.92055…Δu5=0.92055…
u6=−1.17445…:Δu6=1.26903…
f(u5)=0.09457…2+0.47862…⋅0.09457…+0.79321…=0.84742…f′(u5)=2⋅0.09457…+0.47862…=0.66777…u6=−1.17445…
Δu6=∣−1.17445…−0.09457…∣=1.26903…Δu6=1.26903…
u7=−0.31338…:Δu7=0.86106…
f(u6)=(−1.17445…)2+0.47862…(−1.17445…)+0.79321…=1.61044…f′(u6)=2(−1.17445…)+0.47862…=−1.87029…u7=−0.31338…
Δu7=∣−0.31338…−(−1.17445…)∣=0.86106…Δu7=0.86106…
u8=4.69091…:Δu8=5.00430…
f(u7)=(−0.31338…)2+0.47862…(−0.31338…)+0.79321…=0.74143…f′(u7)=2(−0.31338…)+0.47862…=−0.14815…u8=4.69091…
Δu8=∣4.69091…−(−0.31338…)∣=5.00430…Δu8=5.00430…
u9=2.15116…:Δu9=2.53974…
f(u8)=4.69091…2+0.47862…⋅4.69091…+0.79321…=25.04307…f′(u8)=2⋅4.69091…+0.47862…=9.86045…u9=2.15116…
Δu9=∣2.15116…−4.69091…∣=2.53974…Δu9=2.53974…
u10=0.80199…:Δu10=1.34917…
f(u9)=2.15116…2+0.47862…⋅2.15116…+0.79321…=6.45032…f′(u9)=2⋅2.15116…+0.47862…=4.78095…u10=0.80199…
Δu10=∣0.80199…−2.15116…∣=1.34917…Δu10=1.34917…
u11=−0.07203…:Δu11=0.87402…
f(u10)=0.80199…2+0.47862…⋅0.80199…+0.79321…=1.82026…f′(u10)=2⋅0.80199…+0.47862…=2.08261…u11=−0.07203…
Δu11=∣−0.07203…−0.80199…∣=0.87402…Δu11=0.87402…
u12=−2.35547…:Δu12=2.28344…
f(u11)=(−0.07203…)2+0.47862…(−0.07203…)+0.79321…=0.76392…f′(u11)=2(−0.07203…)+0.47862…=0.33455…u12=−2.35547…
Δu12=∣−2.35547…−(−0.07203…)∣=2.28344…Δu12=2.28344…
无法得出解
解是u≈−2.52137…
解为u=−1,u≈−2.52137…
u=sec(x)代回sec(x)=−1,sec(x)≈−2.52137…
sec(x)=−1,sec(x)≈−2.52137…
sec(x)=−1:x=π+2πn
sec(x)=−1
sec(x)=−1的通解
sec(x) 周期表(周期为 2πn):
x06π4π3π2π32π43π65πsec(x)132322Undefined−2−2−323xπ67π45π34π23π35π47π611πsec(x)−1−323−2−2Undefined22323
x=π+2πn
x=π+2πn
sec(x)=−2.52137…:x=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
sec(x)=−2.52137…
使用反三角函数性质
sec(x)=−2.52137…
sec(x)=−2.52137…的通解sec(x)=−a⇒x=arcsec(−a)+2πn,x=−arcsec(−a)+2πnx=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
x=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
合并所有解x=π+2πn,x=arcsec(−2.52137…)+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
将解代入原方程进行验证
将它们代入 (sec(x)+1)2−tan(x)=0检验解是否符合
去除与方程不符的解。
检验 π+2πn的解:真
π+2πn
代入 n=1π+2π1
对于 (sec(x)+1)2−tan(x)=0代入x=π+2π1(sec(π+2π1)+1)2−tan(π+2π1)=0
整理后得0=0
⇒真
检验 arcsec(−2.52137…)+2πn的解:假
arcsec(−2.52137…)+2πn
代入 n=1arcsec(−2.52137…)+2π1
对于 (sec(x)+1)2−tan(x)=0代入x=arcsec(−2.52137…)+2π1(sec(arcsec(−2.52137…)+2π1)+1)2−tan(arcsec(−2.52137…)+2π1)=0
整理后得4.62919…=0
⇒假
检验 −arcsec(−2.52137…)+2πn的解:真
−arcsec(−2.52137…)+2πn
代入 n=1−arcsec(−2.52137…)+2π1
对于 (sec(x)+1)2−tan(x)=0代入x=−arcsec(−2.52137…)+2π1(sec(−arcsec(−2.52137…)+2π1)+1)2−tan(−arcsec(−2.52137…)+2π1)=0
整理后得0=0
⇒真
x=π+2πn,x=−arcsec(−2.52137…)+2πn
以小数形式表示解x=π+2πn,x=−1.97861…+2πn