解
cos(3x)cos(x)=2cos(2x)cos(x)
解
x=2π+2πn,x=23π+2πn,x=1.04719…+2πn,x=2π−1.04719…+2πn,x=2.46670…+2πn,x=−2.46670…+2πn
+1
度
x=90∘+360∘n,x=270∘+360∘n,x=60.00000…∘+360∘n,x=299.99999…∘+360∘n,x=141.33171…∘+360∘n,x=−141.33171…∘+360∘n解答ステップ
cos(3x)cos(x)=2cos(2x)cos(x)
両辺から2cos(2x)cos(x)を引くcos(3x)cos(x)−2cos(2x)cos(x)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
cos(3x)cos(x)−2cos(2x)cos(x)
2倍角の公式を使用: cos(2x)=2cos2(x)−1=cos(3x)cos(x)−2(2cos2(x)−1)cos(x)
cos(3x)cos(x)−(−1+2cos2(x))⋅2cos(x)=0
因数 cos(3x)cos(x)−(−1+2cos2(x))⋅2cos(x):cos(x)(cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1))
cos(3x)cos(x)−(−1+2cos2(x))⋅2cos(x)
共通項をくくり出す cos(x)=cos(x)(cos(3x)−2(−1+cos2(x)⋅2))
因数 cos(3x)−2(2cos2(x)−1):cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)
cos(3x)−2(−1+cos2(x)⋅2)
因数 −1+cos2(x)⋅2:(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)
−1+cos2(x)⋅2
2cos2(x)−1を書き換え (2cos(x))2−12
2cos2(x)−1
累乗根の規則を適用する: a=(a)22=(2)2=(2)2cos2(x)−1
1を書き換え 12=(2)2cos2(x)−12
指数の規則を適用する: ambm=(ab)m(2)2cos2(x)=(2cos(x))2=(2cos(x))2−12
=(2cos(x))2−12
2乗の差の公式を適用する:x2−y2=(x+y)(x−y)(2cos(x))2−12=(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)=(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)
=cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)
=cos(x)(cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1))
cos(x)(cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1))=0
各部分を別個に解くcos(x)=0orcos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)=0
cos(x)=0:x=2π+2πn,x=23π+2πn
cos(x)=0
以下の一般解 cos(x)=0
cos(x)2πn 循環を含む周期性テーブル:
x06π4π3π2π32π43π65πcos(x)12322210−21−22−23xπ67π45π34π23π35π47π611πcos(x)−1−23−22−210212223
x=2π+2πn,x=23π+2πn
x=2π+2πn,x=23π+2πn
cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)=0:x=arccos(0.50000…)+2πn,x=2π−arccos(0.50000…)+2πn,x=arccos(−0.78077…)+2πn,x=−arccos(−0.78077…)+2πn
cos(3x)−2(2cos(x)+1)(2cos(x)−1)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
cos(3x)−(−1+cos(x)2)(1+cos(x)2)⋅2
cos(3x)=4cos3(x)−3cos(x)
cos(3x)
三角関数の公式を使用して書き換える
cos(3x)
書き換え=cos(2x+x)
角の和の公式を使用する: cos(s+t)=cos(s)cos(t)−sin(s)sin(t)=cos(2x)cos(x)−sin(2x)sin(x)
2倍角の公式を使用: sin(2x)=2sin(x)cos(x)=cos(2x)cos(x)−2sin(x)cos(x)sin(x)
簡素化 cos(2x)cos(x)−2sin(x)cos(x)sin(x):cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
cos(2x)cos(x)−2sin(x)cos(x)sin(x)
2sin(x)cos(x)sin(x)=2sin2(x)cos(x)
2sin(x)cos(x)sin(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+csin(x)sin(x)=sin1+1(x)=2cos(x)sin1+1(x)
数を足す:1+1=2=2cos(x)sin2(x)
=cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
=cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
=cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
2倍角の公式を使用: cos(2x)=2cos2(x)−1=(2cos2(x)−1)cos(x)−2sin2(x)cos(x)
ピタゴラスの公式を使用する: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=(2cos2(x)−1)cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x)
拡張 (2cos2(x)−1)cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x):4cos3(x)−3cos(x)
(2cos2(x)−1)cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x)
=cos(x)(2cos2(x)−1)−2cos(x)(1−cos2(x))
拡張 cos(x)(2cos2(x)−1):2cos3(x)−cos(x)
cos(x)(2cos2(x)−1)
分配法則を適用する: a(b−c)=ab−aca=cos(x),b=2cos2(x),c=1=cos(x)2cos2(x)−cos(x)1
=2cos2(x)cos(x)−1cos(x)
簡素化 2cos2(x)cos(x)−1⋅cos(x):2cos3(x)−cos(x)
2cos2(x)cos(x)−1cos(x)
2cos2(x)cos(x)=2cos3(x)
2cos2(x)cos(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+ccos2(x)cos(x)=cos2+1(x)=2cos2+1(x)
数を足す:2+1=3=2cos3(x)
1⋅cos(x)=cos(x)
1cos(x)
乗算:1⋅cos(x)=cos(x)=cos(x)
=2cos3(x)−cos(x)
=2cos3(x)−cos(x)
=2cos3(x)−cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x)
拡張 −2cos(x)(1−cos2(x)):−2cos(x)+2cos3(x)
−2cos(x)(1−cos2(x))
分配法則を適用する: a(b−c)=ab−aca=−2cos(x),b=1,c=cos2(x)=−2cos(x)1−(−2cos(x))cos2(x)
マイナス・プラスの規則を適用する−(−a)=a=−2⋅1cos(x)+2cos2(x)cos(x)
簡素化 −2⋅1⋅cos(x)+2cos2(x)cos(x):−2cos(x)+2cos3(x)
−2⋅1cos(x)+2cos2(x)cos(x)
2⋅1⋅cos(x)=2cos(x)
2⋅1cos(x)
数を乗じる:2⋅1=2=2cos(x)
2cos2(x)cos(x)=2cos3(x)
2cos2(x)cos(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+ccos2(x)cos(x)=cos2+1(x)=2cos2+1(x)
数を足す:2+1=3=2cos3(x)
=−2cos(x)+2cos3(x)
=−2cos(x)+2cos3(x)
=2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)+2cos3(x)
簡素化 2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)+2cos3(x):4cos3(x)−3cos(x)
2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)+2cos3(x)
条件のようなグループ=2cos3(x)+2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)
類似した元を足す:2cos3(x)+2cos3(x)=4cos3(x)=4cos3(x)−cos(x)−2cos(x)
類似した元を足す:−cos(x)−2cos(x)=−3cos(x)=4cos3(x)−3cos(x)
=4cos3(x)−3cos(x)
=4cos3(x)−3cos(x)
=4cos3(x)−3cos(x)−2(−1+2cos(x))(1+2cos(x))
−3cos(x)+4cos3(x)−(−1+cos(x)2)(1+cos(x)2)⋅2=0
置換で解く
−3cos(x)+4cos3(x)−(−1+cos(x)2)(1+cos(x)2)⋅2=0
仮定:cos(x)=u−3u+4u3−(−1+u2)(1+u2)⋅2=0
−3u+4u3−(−1+u2)(1+u2)⋅2=0:u≈1.28077…,u≈0.50000…,u≈−0.78077…
−3u+4u3−(−1+u2)(1+u2)⋅2=0
拡張 −3u+4u3−(−1+u2)(1+u2)⋅2:−3u+4u3−4u2+2
−3u+4u3−(−1+u2)(1+u2)⋅2
=−3u+4u3−2(−1+2u)(1+2u)
拡張 −(−1+u2)(1+u2)⋅2:−4u2+2
拡張 (−1+u2)(1+u2):2u2−1
(−1+u2)(1+u2)
2乗の差の公式を適用する:(a−b)(a+b)=a2−b2a=u2,b=1=(u2)2−12
簡素化 (u2)2−12:2u2−1
(u2)2−12
規則を適用 1a=112=1=(2u)2−1
(u2)2=2u2
(u2)2
指数の規則を適用する: (a⋅b)n=anbn=(2)2u2
(2)2:2
累乗根の規則を適用する: a=a21=(221)2
指数の規則を適用する: (ab)c=abc=221⋅2
21⋅2=1
21⋅2
分数を乗じる: a⋅cb=ca⋅b=21⋅2
共通因数を約分する:2=1
=2
=u2⋅2
=2u2−1
=2u2−1
=−2(2u2−1)
拡張 −2(2u2−1):−4u2+2
−2(2u2−1)
分配法則を適用する: a(b−c)=ab−aca=−2,b=2u2,c=1=−2⋅2u2−(−2)⋅1
マイナス・プラスの規則を適用する−(−a)=a=−2⋅2u2+2⋅1
簡素化 −2⋅2u2+2⋅1:−4u2+2
−2⋅2u2+2⋅1
数を乗じる:2⋅2=4=−4u2+2⋅1
数を乗じる:2⋅1=2=−4u2+2
=−4u2+2
=−4u2+2
=−3u+4u3−4u2+2
−3u+4u3−4u2+2=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=04u3−4u2−3u+2=0
ニュートン・ラプソン法を使用して 4u3−4u2−3u+2=0 の解を1つ求める:u≈1.28077…
4u3−4u2−3u+2=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=4u3−4u2−3u+2
発見する f′(u):12u2−8u−3
dud(4u3−4u2−3u+2)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(4u3)−dud(4u2)−dud(3u)+dud(2)
dud(4u3)=12u2
dud(4u3)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=4dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=4⋅3u3−1
簡素化=12u2
dud(4u2)=8u
dud(4u2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=4dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=4⋅2u2−1
簡素化=8u
dud(3u)=3
dud(3u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=3dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=3⋅1
簡素化=3
dud(2)=0
dud(2)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=12u2−8u−3+0
簡素化=12u2−8u−3
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=2:Δu1=1
f(u0)=4⋅13−4⋅12−3⋅1+2=−1f′(u0)=12⋅12−8⋅1−3=1u1=2
Δu1=∣2−1∣=1Δu1=1
u2=1.58620…:Δu2=0.41379…
f(u1)=4⋅23−4⋅22−3⋅2+2=12f′(u1)=12⋅22−8⋅2−3=29u2=1.58620…
Δu2=∣1.58620…−2∣=0.41379…Δu2=0.41379…
u3=1.36962…:Δu3=0.21658…
f(u2)=4⋅1.58620…3−4⋅1.58620…2−3⋅1.58620…+2=3.14108…f′(u2)=12⋅1.58620…2−8⋅1.58620…−3=14.50297…u3=1.36962…
Δu3=∣1.36962…−1.58620…∣=0.21658…Δu3=0.21658…
u4=1.29192…:Δu4=0.07769…
f(u3)=4⋅1.36962…3−4⋅1.36962…2−3⋅1.36962…+2=0.66459…f′(u3)=12⋅1.36962…2−8⋅1.36962…−3=8.55345…u4=1.29192…
Δu4=∣1.29192…−1.36962…∣=0.07769…Δu4=0.07769…
u5=1.28098…:Δu5=0.01093…
f(u4)=4⋅1.29192…3−4⋅1.29192…2−3⋅1.29192…+2=0.07319…f′(u4)=12⋅1.29192…2−8⋅1.29192…−3=6.69344…u5=1.28098…
Δu5=∣1.28098…−1.29192…∣=0.01093…Δu5=0.01093…
u6=1.28077…:Δu6=0.00021…
f(u5)=4⋅1.28098…3−4⋅1.28098…2−3⋅1.28098…+2=0.00137…f′(u5)=12⋅1.28098…2−8⋅1.28098…−3=6.44328…u6=1.28077…
Δu6=∣1.28077…−1.28098…∣=0.00021…Δu6=0.00021…
u7=1.28077…:Δu7=7.99005E−8
f(u6)=4⋅1.28077…3−4⋅1.28077…2−3⋅1.28077…+2=5.14435E−7f′(u6)=12⋅1.28077…2−8⋅1.28077…−3=6.43844…u7=1.28077…
Δu7=∣1.28077…−1.28077…∣=7.99005E−8Δu7=7.99005E−8
u≈1.28077…
長除法を適用する:u−1.28077…4u3−4u2−3u+2=4u2+1.12310…u−1.56155…
4u2+1.12310…u−1.56155…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して 4u2+1.12310…u−1.56155…=0 の解を1つ求める:u≈0.50000…
4u2+1.12310…u−1.56155…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=4u2+1.12310…u−1.56155…
発見する f′(u):8u+1.12310…
dud(4u2+1.12310…u−1.56155…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(4u2)+dud(1.12310…u)−dud(1.56155…)
dud(4u2)=8u
dud(4u2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=4dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=4⋅2u2−1
簡素化=8u
dud(1.12310…u)=1.12310…
dud(1.12310…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=1.12310…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=1.12310…⋅1
簡素化=1.12310…
dud(1.56155…)=0
dud(1.56155…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=8u+1.12310…−0
簡素化=8u+1.12310…
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=0.60961…:Δu1=0.39038…
f(u0)=4⋅12+1.12310…⋅1−1.56155…=3.56155…f′(u0)=8⋅1+1.12310…=9.12310…u1=0.60961…
Δu1=∣0.60961…−1∣=0.39038…Δu1=0.39038…
u2=0.50800…:Δu2=0.10160…
f(u1)=4⋅0.60961…2+1.12310…⋅0.60961…−1.56155…=0.60961…f′(u1)=8⋅0.60961…+1.12310…=6u2=0.50800…
Δu2=∣0.50800…−0.60961…∣=0.10160…Δu2=0.10160…
u3=0.50004…:Δu3=0.00796…
f(u2)=4⋅0.50800…2+1.12310…⋅0.50800…−1.56155…=0.04129…f′(u2)=8⋅0.50800…+1.12310…=5.18718…u3=0.50004…
Δu3=∣0.50004…−0.50800…∣=0.00796…Δu3=0.00796…
u4=0.50000…:Δu4=0.00004…
f(u3)=4⋅0.50004…2+1.12310…⋅0.50004…−1.56155…=0.00025…f′(u3)=8⋅0.50004…+1.12310…=5.12350…u4=0.50000…
Δu4=∣0.50000…−0.50004…∣=0.00004…Δu4=0.00004…
u5=0.5:Δu5=1.91092E−9
f(u4)=4⋅0.50000…2+1.12310…⋅0.50000…−1.56155…=9.78986E−9f′(u4)=8⋅0.50000…+1.12310…=5.12310…u5=0.5
Δu5=∣0.5−0.50000…∣=1.91092E−9Δu5=1.91092E−9
u≈0.50000…
長除法を適用する:u−0.54u2+1.12310…u−1.56155…=4u+3.12310…
4u+3.12310…≈0
u≈−0.78077…
解答はu≈1.28077…,u≈0.50000…,u≈−0.78077…
代用を戻す u=cos(x)cos(x)≈1.28077…,cos(x)≈0.50000…,cos(x)≈−0.78077…
cos(x)≈1.28077…,cos(x)≈0.50000…,cos(x)≈−0.78077…
cos(x)=1.28077…:解なし
cos(x)=1.28077…
−1≤cos(x)≤1解なし
cos(x)=0.50000…:x=arccos(0.50000…)+2πn,x=2π−arccos(0.50000…)+2πn
cos(x)=0.50000…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=0.50000…
以下の一般解 cos(x)=0.50000…cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(0.50000…)+2πn,x=2π−arccos(0.50000…)+2πn
x=arccos(0.50000…)+2πn,x=2π−arccos(0.50000…)+2πn
cos(x)=−0.78077…:x=arccos(−0.78077…)+2πn,x=−arccos(−0.78077…)+2πn
cos(x)=−0.78077…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=−0.78077…
以下の一般解 cos(x)=−0.78077…cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−0.78077…)+2πn,x=−arccos(−0.78077…)+2πn
x=arccos(−0.78077…)+2πn,x=−arccos(−0.78077…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=arccos(0.50000…)+2πn,x=2π−arccos(0.50000…)+2πn,x=arccos(−0.78077…)+2πn,x=−arccos(−0.78077…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=2π+2πn,x=23π+2πn,x=arccos(0.50000…)+2πn,x=2π−arccos(0.50000…)+2πn,x=arccos(−0.78077…)+2πn,x=−arccos(−0.78077…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=2π+2πn,x=23π+2πn,x=1.04719…+2πn,x=2π−1.04719…+2πn,x=2.46670…+2πn,x=−2.46670…+2πn