解
tan4(x)+tan2(x)=tan(x)
解
x=πn,x=0.59876…+πn
+1
度
x=0∘+180∘n,x=34.30680…∘+180∘n解答ステップ
tan4(x)+tan2(x)=tan(x)
置換で解く
tan4(x)+tan2(x)=tan(x)
仮定:tan(x)=uu4+u2=u
u4+u2=u:u=0,u≈0.68232…
u4+u2=u
uを左側に移動します
u4+u2=u
両辺からuを引くu4+u2−u=u−u
簡素化u4+u2−u=0
u4+u2−u=0
因数 u4+u2−u:u(u3+u−1)
u4+u2−u
指数の規則を適用する: ab+c=abacu2=uu=u3u+uu−u
共通項をくくり出す u=u(u3+u−1)
u(u3+u−1)=0
零因子の原則を使用:ab=0ならば a=0または b=0u=0oru3+u−1=0
解く u3+u−1=0:u≈0.68232…
u3+u−1=0
ニュートン・ラプソン法を使用して u3+u−1=0 の解を1つ求める:u≈0.68232…
u3+u−1=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u3+u−1
発見する f′(u):3u2+1
dud(u3+u−1)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)+dudu−dud(1)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dudu=1
dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=1
dud(1)=0
dud(1)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=3u2+1−0
簡素化=3u2+1
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=0.75:Δu1=0.25
f(u0)=13+1−1=1f′(u0)=3⋅12+1=4u1=0.75
Δu1=∣0.75−1∣=0.25Δu1=0.25
u2=0.68604…:Δu2=0.06395…
f(u1)=0.753+0.75−1=0.171875f′(u1)=3⋅0.752+1=2.6875u2=0.68604…
Δu2=∣0.68604…−0.75∣=0.06395…Δu2=0.06395…
u3=0.68233…:Δu3=0.00370…
f(u2)=0.68604…3+0.68604…−1=0.00894…f′(u2)=3⋅0.68604…2+1=2.41197…u3=0.68233…
Δu3=∣0.68233…−0.68604…∣=0.00370…Δu3=0.00370…
u4=0.68232…:Δu4=0.00001…
f(u3)=0.68233…3+0.68233…−1=0.00002…f′(u3)=3⋅0.68233…2+1=2.39676…u4=0.68232…
Δu4=∣0.68232…−0.68233…∣=0.00001…Δu4=0.00001…
u5=0.68232…:Δu5=1.18493E−10
f(u4)=0.68232…3+0.68232…−1=2.83995E−10f′(u4)=3⋅0.68232…2+1=2.39671…u5=0.68232…
Δu5=∣0.68232…−0.68232…∣=1.18493E−10Δu5=1.18493E−10
u≈0.68232…
長除法を適用する:u−0.68232…u3+u−1=u2+0.68232…u+1.46557…
u2+0.68232…u+1.46557…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u2+0.68232…u+1.46557…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: u∈R
u2+0.68232…u+1.46557…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u2+0.68232…u+1.46557…
発見する f′(u):2u+0.68232…
dud(u2+0.68232…u+1.46557…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)+dud(0.68232…u)+dud(1.46557…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(0.68232…u)=0.68232…
dud(0.68232…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.68232…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=0.68232…⋅1
簡素化=0.68232…
dud(1.46557…)=0
dud(1.46557…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=2u+0.68232…+0
簡素化=2u+0.68232…
仮定: u0=−2Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−0.76391…:Δu1=1.23608…
f(u0)=(−2)2+0.68232…(−2)+1.46557…=4.10091…f′(u0)=2(−2)+0.68232…=−3.31767…u1=−0.76391…
Δu1=∣−0.76391…−(−2)∣=1.23608…Δu1=1.23608…
u2=1.04316…:Δu2=1.80707…
f(u1)=(−0.76391…)2+0.68232…(−0.76391…)+1.46557…=1.52789…f′(u1)=2(−0.76391…)+0.68232…=−0.84550…u2=1.04316…
Δu2=∣1.04316…−(−0.76391…)∣=1.80707…Δu2=1.80707…
u3=−0.13630…:Δu3=1.17946…
f(u2)=1.04316…2+0.68232…⋅1.04316…+1.46557…=3.26553…f′(u2)=2⋅1.04316…+0.68232…=2.76865…u3=−0.13630…
Δu3=∣−0.13630…−1.04316…∣=1.17946…Δu3=1.17946…
u4=−3.53171…:Δu4=3.39540…
f(u3)=(−0.13630…)2+0.68232…(−0.13630…)+1.46557…=1.39114…f′(u3)=2(−0.13630…)+0.68232…=0.40971…u4=−3.53171…
Δu4=∣−3.53171…−(−0.13630…)∣=3.39540…Δu4=3.39540…
u5=−1.72500…:Δu5=1.80670…
f(u4)=(−3.53171…)2+0.68232…(−3.53171…)+1.46557…=11.52876…f′(u4)=2(−3.53171…)+0.68232…=−6.38109…u5=−1.72500…
Δu5=∣−1.72500…−(−3.53171…)∣=1.80670…Δu5=1.80670…
u6=−0.54560…:Δu6=1.17939…
f(u5)=(−1.72500…)2+0.68232…(−1.72500…)+1.46557…=3.26419…f′(u5)=2(−1.72500…)+0.68232…=−2.76767…u6=−0.54560…
Δu6=∣−0.54560…−(−1.72500…)∣=1.17939…Δu6=1.17939…
u7=2.85625…:Δu7=3.40185…
f(u6)=(−0.54560…)2+0.68232…(−0.54560…)+1.46557…=1.39097…f′(u6)=2(−0.54560…)+0.68232…=−0.40888…u7=2.85625…
Δu7=∣2.85625…−(−0.54560…)∣=3.40185…Δu7=3.40185…
u8=1.04656…:Δu8=1.80968…
f(u7)=2.85625…2+0.68232…⋅2.85625…+1.46557…=11.57264…f′(u7)=2⋅2.85625…+0.68232…=6.39483…u8=1.04656…
Δu8=∣1.04656…−2.85625…∣=1.80968…Δu8=1.80968…
u9=−0.13340…:Δu9=1.17997…
f(u8)=1.04656…2+0.68232…⋅1.04656…+1.46557…=3.27496…f′(u8)=2⋅1.04656…+0.68232…=2.77545…u9=−0.13340…
Δu9=∣−0.13340…−1.04656…∣=1.17997…Δu9=1.17997…
u10=−3.48434…:Δu10=3.35093…
f(u9)=(−0.13340…)2+0.68232…(−0.13340…)+1.46557…=1.39234…f′(u9)=2(−0.13340…)+0.68232…=0.41550…u10=−3.48434…
Δu10=∣−3.48434…−(−0.13340…)∣=3.35093…Δu10=3.35093…
解を見つけられない
解はu≈0.68232…
解答はu=0,u≈0.68232…
代用を戻す u=tan(x)tan(x)=0,tan(x)≈0.68232…
tan(x)=0,tan(x)≈0.68232…
tan(x)=0:x=πn
tan(x)=0
以下の一般解 tan(x)=0
tan(x)πn 循環を含む周期性テーブル:
x06π4π3π2π32π43π65πtan(x)03313±∞−3−1−33
x=0+πn
x=0+πn
解く x=0+πn:x=πn
x=0+πn
0+πn=πnx=πn
x=πn
tan(x)=0.68232…:x=arctan(0.68232…)+πn
tan(x)=0.68232…
三角関数の逆数プロパティを適用する
tan(x)=0.68232…
以下の一般解 tan(x)=0.68232…tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πnx=arctan(0.68232…)+πn
x=arctan(0.68232…)+πn
すべての解を組み合わせるx=πn,x=arctan(0.68232…)+πn
10進法形式で解を証明するx=πn,x=0.59876…+πn